Neues Leben in alten Mauern

INHALTE DES BEITRAGS

Anamnese, Bestandsanalyse
Mauerwerksinjektionen
Planung, Untersuchung, Ursachenermittlung
Fragen zur Umstandserhebung
Beurteilung der Risse
Füllstoffe
Injektionsverfahren, -pumpen und -packer
Schutzmaßnahmen – PSA und Umweltschutz
Injektionskonzept
Rissverpressung mit Bohrpackern in der Praxis
Instandsetzung von Rissen im Mauerwerk

Um unter Berücksichtigung der Auflagen des Denkmalschutzes und der Forderungen des zukünftigen Nutzers/Bauherrn möglichst geringe Nutzungseinschränkungen hinnehmen zu müssen, ist es erforderlich, die vorhandene Mauerwerkssubstanz weitestgehend zu erhalten und mittels z. B. Kunstharzinjektionen so weit zu ertüchtigen, dass die erhöhten Nutzlasten sicher auf das tragende Mauerwerk statisch umgelagert werden können.

Der Anwendungsbereich der Injektionstechnik im Bereich der Mauerwerksertüchtigung erstreckt sich von dem konsolidierenden Verfüllen von Hohlräumen, der Mörtelverbesserung, dem flächigen Abdichten erdberührter Bauteile (Injektionsschirm) über die Begrenzung des kapillaren Wassertransports (Einbringung einer Horizontalabdichtung gegen aufsteigende Feuchtigkeit – Mauerwerkstrockenlegung) bis hin zu dem Verschluss von Rissen. Auf die Rissinstandsetzung von Mauerwerk mit Injektionen wird im Nachfolgenden detailliert eingegangen.

Vorab ist festzuhalten, dass die Rissinstandsetzung im Mauerwerk keine singuläre Maßnahme darstellt, sondern Teil eines umfassenderen Maßnahmenpakets und dadurch interdisziplinär abzustimmen und zu koordinieren ist. Im Regelfall sind vorauseilende Maßnahmen zur Erkundung und Behebung der Rissursache(n) zwingend erforderlich, andernfalls ist der Prozess der Rissinstandsetzung (immer) wiederkehrend.

Die Anwendungsgebiete der Rissinstandsetzung im Mauerwerk finden sich u. a. in der Althaussanierung, bei Um- und Zubauten sowie Aufstockungen von Bestandsobjekten und bei der Revitalisierung denkmalgeschützter Objekte.

Anamnese, Bestandsanalyse

Bevor die Maßnahmen an den Rissen gesetzt werden, sind Vorerhebungen zur Erkundung der Rissursache(n) und flankierende Maßnahmen ggf. vorab durchzuführen. Die Ursachen für Rissbildungen können einerseits durch den Baugrund – infolge von Setzungsdifferenzen – und andererseits durch die Konstruktion bedingt sein.

Bei den baugrundbedingten Ursachen sind die Verdichtung, Erschütterungen, Wasserschäden (z. B. Kanal- oder Wasserleitungsgebrechen), Veränderung des Bodenwasserhaushalts (Absenken des Grundwasserspiegels, Austrocknung durch Bäume, Sträucher, Drainagen usw.), der Anstieg des Grundwasserspiegels sowie Hebungen infolge von Wurzeldruck in Betracht zu ziehen.

Konstruktionsbedingte Rissbildungen können aufgrund von Laststeigerungen oder Lastumlagerungen infolge baulicher Maßnahmen, Veränderungen im Bestand (lokale Querschnittschwächung z. B. durch nachträgliche „Installationsschlitze“, Durchbrüche etc.) sowie nicht zuletzt auch als Folgeerscheinung von Wasserbzw. Feuchtigkeitsschäden im Objekt entstehen.

Aufgrund der Rissursache können nachfolgende Risstypen unterschieden werden:

• Setzungsrisse
• Risse nach lokalen Überbeanspruchungen, z. B. infolge statischer Krafteinwirkung
• Risse nach dynamischer Krafteinwirkung, z. B. infolge von Erdbeben
• Risse in geringem Umfang, z. B. infolge wechselnder Temperaturbelastungen und Feuchtigkeitszuständen
• Kombinationen der zuvor genannten Rissursachen

In der Regel sind begleitende Maßnahmen zur Ursachenbeseitigung erforderlich, um eine nachhaltige und dauerhafte Risssanierung (= „Symptombehandlung“) durchführen zu können. Die Unterscheidung nach den Rissursachen, den notwendigen Vorerhebungen sowie den flankierenden Maßnahmen wird in nachstehender Tabelle zusammengefasst.

Mauerwerksinjektionen

Bei der Injektion von Rissen im Mauerwerk werden – abhängig von Ursache und dem gesamtheitlichen Sanierungsprojekt – unterschiedliche Zielsetzungen definiert.

Die Füllstoffe für die Rissinjektion werden nach organischen Bindemitteln (reaktive Polymerbindemittel) und mineralischen (hydraulischen) Bindemitteln unterteilt.

Je nach Anwendungsbereich und Ziel kann daher wie folgt unterschieden werden:

• kraftschlüssiges Verfüllen von Rissen für das Herstellen einer (zug- und) druckfesten Verbindung der Rissflanken; der Füllstoff muss in der Lage sein, mit den Rissflanken einen Verbund herzustellen, um eine Kraftübertragung über diese zu ermöglichen.
• dehnbares Verfüllen von Rissen zur Aufnahme von Rissbreitenänderungen durch Dehnung des flexiblen Rissfüllstoffs
• quellfähiges Verfüllen z. B. zur Abdichtung wasserführender Risse, Hohlräume bzw. von Wasserwegigkeiten (Fehlstellen) im Mauerwerk; quellfähige Rissfüllstoffe sind in der Lage, durch Wasserabsorption wiederholt zu quellen (dies bei ständig vorhandener Feuchtigkeit im Medium), wobei Wassermoleküle physikalisch in den Füllstoff eingelagert werden. Diese Rissfüllstoffe werden meist als „Gele“ bezeichnet und werden ausschließlich zur Herstellung der Wasserdichtheit eingesetzt.

Eine weitere Möglichkeit stellt die flächige Abdichtung des Mauerwerks außerhalb des eigentlichen Baukörpers zwischen Mauerwerk und dem anstehenden Boden bzw. Hinterfüllungskörper in Form einer Schleierinjektion dar.

Planung, Untersuchung, Ursachenermittlung

Eine zielgerichtete Planung einer Rissinstandsetzung erfordert in einem ersten Schritt die Ermittlung von Basisinformationen. Vorhandene Unterlagen, insbesondere Planunterlagen, sind zu studieren. Handelt es sich bei dem gegenständlichen Bauwerk – wie in Wien oftmals der Fall – um ein Gründerzeithaus, bedingt dies das Ausheben des Bauakts bei der zuständigen Baubehörde.

Vorab ist zusätzlich am Objekt zu erheben, welcher Mauerwerksart, Mauersteine, welcher Mauermörtel vorhanden sind und in welchen Bereichen/Geschossen/Bauabschnitten etc. diese anzutreffend sind:

• Ziegelmauerwerk
• Natursteinmauerwerk wie z. B. Kalksandstein, Bruchsteinmauerwerk
• Mischmauerwerk
• Vibrosteine oder dergleichen
• Art und Zustand des Fugenmörtels
• Angaben zum Aufbau des Mauerwerks, z. B. einschalig oder mehrschalig, Verfüllmauerwerk etc.

Im Keller sowie im Parterre, Souterrain, Mezzanin können oftmals andere Mauerwerksarten wie in den oberen Geschossen angetroffen werden.

Fragen zur Umstandserhebung

• Wurden Umbaumaßnahmen gesetzt, wann wurden diese gesetzt (Rückschluss auf die Bauart sowie die verwendeten Materialien)?
• Weist das Bauwerk ggf. sanierte Kriegsschäden auf, wenn ja, wie und in welchem Umfang wurden diese saniert (gibt es Hinweise im Bauwerksbuch)?
• Wie sehen der Aufbau und die Geometrie der betroffenen (2) Unterscheidung Rissursache, Vorerhebung, flankierende Maßnahmen Mauerwerkskörper aus, wo sind diese anzutreffen, wie sind diese im Gebäude verteilt?
• Gibt es Angaben über die verwendeten Baustoffe, insbesondere im Hinblick auf deren Festigkeiten?

Weitere, oftmals nur durch Befragungen zu klärende Fragestellungen sind:

• Wann kam es zu der Rissbildung bzw. wie lange sind die Risse bereits vorhanden?
• Verändert sich der Riss in seiner Länge, seiner Breite?
• Wurden bereits Maßnahmen gesetzt?
• Sind die Rissbildungen lokal begrenzt oder erstrecken sich diese über das gesamte Bauwerk? Welche Geschosse sind betroffen?
• Treten in angrenzenden Bauwerken ebenfalls Rissbildungen auf?
• Gibt es oder gab es zeitnah Baumaßnahmen in der näheren Umgebung (Stichwort Wasserhaltung) oder im Gebäude selbst?

Naturgemäß sind nicht alle relevanten Fragestellungen „am Schreibtisch“ zu beantworten und erfordern „Feldarbeit“ in Form von Begehung und Untersuchungen an Ort und Stelle. Die Bestimmung der Mauerwerksart erfordert zumeist das partielle Entfernen des Putzes, vorzugsweise im Bereich vorhandener Risse. Dabei können weitere für die Erstellung des Sanierungskonzepts wichtige Informationen gewonnen werden, z. B. über die Art des Putzes (Kalkputz, Zementputz, Gipsputz etc.), das Vorhandensein von Medienleitungen (Gas, Wasser, Elektrik etc.) und deren Lage, die Zugänglichkeit usw.

Um gezielte Sanierungsmaßnahmen z.B. an Fassaden ausarbeiten zu können, sind invasive, teilinvasive und zerstörungsfreie Untersuchungen erforderlich:

• allgemeiner Zustand des Mauerwerks sowie des Fugenmaterials
• Feststellen von Hohllagen mittels Perkussionstest, Lokalisieren von Hohllagen durch Überstreichen der Flächen z. B. mit einer auf einem dünnwandigen Metallrohr befestigten Stahlkugel
• Messen von Rissbreiten und -längen, Dokumentieren des Rissverlaufs; es muss bewusst sein, dass die an der Oberfläche gemessene Rissbreite ggf. deutlich von jener im Inneren des Bauteils abweichen kann. Ein- und angelagerte Verschmutzungen können den optischen Eindruck des Risses, aber auch das Messergebnis verfälschen. Die Angabe der Rissbreite erfolgt in Millimetern. Bei der Messung von Rissbreiten ist zu beachten, dass diese durch mechanische Einflüsse (z. B. Verkehr) oder unvermeidbare physikalische Einflüsse wie tages und jahreszeitlich bedingte Temperaturänderungen beeinflusst werden.
• Rissdiagnostik, Messen und Monitoring mittels Rissbreitenkarte, Bleistiftstrich, Gipsmarken, Glasmarken, Messmarken und Präzisionsnivellement. Setzen von „Rissspionen“ an der Oberfläche des Mauerwerks für Untersuchungen über einen längeren Zeithorizont – Installieren eines Rissmonitorings
• Insbesondere bei denkmalgeschützten Objekten ist die Erstellung einer Schadenskartierung inkl. der Verortung von Rissen und anderer Schäden, in einem Plan darzustellen sowie eine Fotodokumentation samt Beschreibung der Fehlstellen zu erstellen. Dies erfolgt einerseits durch Befahren der Fassadenflächen mittels einer Arbeitsbühne („Steiger“). Moderne, digitale Methoden mittels 3-D-Laserscan und Drohnenaufnahmen werden zunehmend zur Unterstützung eingesetzt.

Die Unterscheidung nach den Rissursachen, den notwendigen Vorerhebungen sowie den flankierenden Maßnahmen werden in unterer Tabelle zusammengefasst.

Beurteilung der Risse

Abhängig vom Feuchtigkeitszustand der Risse, welche unterschiedliche Maßnahmen nach sich ziehen, können nachstehende Zustände unterschieden werden:

• Trockener Riss: Es ist kein Wasser im Riss oder an den Rissflanken vorhanden, die Oberfläche ist augenscheinlich trocken, es sind keine Farbunterschiede erkennbar und es sind folgende Voraussetzungen gegeben:
  – Wasserzutritt nicht möglich
  – Beeinflussung des Rissbereichs durch Wasser nicht feststellbar
  – Wasserzutritt möglich, jedoch seit ausreichend langer Zeit ausschließbar
• Feuchter Riss, Farbtonveränderung im Rissbereich durch Wasser, es kommt jedoch zu keinem Wasseraustritt aus dem Riss, aber an den Rissflanken ist Wasser vorhanden, jedoch bildet sich kein Wasserfilm an der Oberfläche der Flanken, folgende Voraussetzungen sind gegeben:
  – Anzeichen auf Wasseraustritt in der unmittelbar zurückliegenden Zeit.
  – Rissufer erkennbar feucht oder mattfeucht.
• nasser Riss; im Riss ist „stehendes“ Wasser vorhanden, dies zeigt sich an folgenden Erscheinungsformen:
  – Wasser ist in feinen Tröpfchen im Rissbereich erkennbar.
  – Wasser perlt aus dem Rissbereich.
• fließendes Wasser; Wasser fließt durch den Riss, ggf. durch Hohlräume oder Fehlstellen.

Füllstoffe

Als Füllstoffe für eine Rissinstandsetzung bzw. -sanierung kommen, abhängig von der Art der Anwendung (kraftschlüssiges oder abdichtendes Verfüllen), prinzipiell zwei Baustoffgruppen, jeweils abhängig vom Zustand des Mauerwerks insbesondere des vorhandenen Durchfeuchtungsgrads der Baustoffe, zum Einsatz. Einerseits Kunstharze und andererseits mineralische in Form von Zementleim bzw. Zementsuspensionen. Zur Rissinjektion eignen sich die folgenden Kunstharze:

• Polyurethan (PU oder PUR), Ausführung mit ein oder zwei Komponenten (1K, 2K)
• Epoxidharz (EP, 2K)
• organische Siliziumverbindungen als Mikroemulsionen: Silane, Silikonate etc.; ausschließlich für den Einsatz zur Herstellung von nachträglichen Horizontalabdichtungen im Zuge einer Mauerwerkstrockenlegung

Füllstoffe auf Basis mineralischer Bindemittel werden hauptsächlich für die kraftschlüssige Verfüllung von Rissen, aber auch zur Verfüllung größerer Hohlräume und Fehlstellen im Mauerwerk verwendet:

• zementgebundene Füllstoffe, z. B. werkseitig vordosierte Zementleime
• mikrozementgebundene Füllstoffe (ggf. mit Additiven)
• Füllstoffe mit anderen mineralischen Bindemitteln (z. B. Trass)
• kalkgebundene Füllstoffe, Einsatz hauptsächlich in der Denkmalpflege

Die mineralisch gebundenen Füllstoffe kommen meist als pulverförmige Sackware auf die Baustelle, denen im Zuge des Mischvorgangs eine definierte Wassermenge hinzugefügt ggf. je nach Anforderung auch eine Zugabe von Additiven zur Verbesserung der Fließeigenschaften oder Abbindeverzögerer beigemengt werden kann.

Für die Auswahl des Injektionsguts sind ggf. auch Emissionsgrenzwerte der jeweiligen Produkte zu berücksichtigen (Arbeitnehmerschutz etc.).

Rissfüllstoffe sind entsprechend ihren Eigenschaften hinsichtlich der Leistungsanforderungen nach ÖNORM EN 1504–5 zu klassifizieren, welche jedoch für Betonbauteile gilt und in Anlehnung angewendet werden kann.

Injektionsverfahren, -pumpen und -packer

Unterscheidung der Injektionsverfahren:

• Niederdruckinjektion: breite Risse
• Hochdruckinjektion: Verpressen von Rissen, auch gegen Wasserdruck
• Vakuuminjektion: Füllstoff wird eingesaugt
• Drucklose Beaufschlagung z. B. zur Herstellung von nachträglichen Horizontalabdichtungen im Zuge von Mauerwerkstrockenlegungen

Injektionspumpen:

• Einkomponentenpumpe
  – 6–10 bar mit Druckluft
  – einfache Bedienung, Wartung und Reinigung
  – wenig störanfällig
• Zweikomponentenpumpe
  – bis 500 bar mit mechanischer oder pneumatischer Übersetzung
  – hohe Dosiergenauigkeit
• Dreikomponentenpumpe
  – bis 500 bar mit pneumatischer Übersetzung
  – hohe Dosiergenauigkeit
  – 3. Komponente für Additiv oder Spülung

Injektionspacker:

• Bohr- und Schlagpacker mit Rückschlag oder manuellem Ventil
• Klebepacker mit Rückschlagventil
• Schlauchpacker

Schutzmaßnahmen – PSA und Umweltschutz

• Personen: siehe Arbeitnehmerschutzverordnung; auf die Verwendung von Schutzbrillen und geeigneten Arbeitshandschuhen und Schutzkleidung wird ausdrücklich hingewiesen.
• Bauwerk: in Abstimmung mit dem Planer
• Umwelt: Entsorgung von Injektionsgutresten, Reiniger, Leergebinden, Schutt und Verdämmmaterialien etc.

Injektionskonzept

Auf Basis der Beurteilung des Bauwerkzustands insbesondere unter Beachtung eines Einflusses der Risse auf die Tragfähigkeit, die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit, ist das Injektionsprojekt zur Herstellung des konsensmäßigen Zustands unter Berücksichtigung der angestrebten Bauwerkseigenschaften zu erstellen:

• Festlegen des Injektionsziels
• Festlegen des Injektionsumfangs
• Festlegen der Kriterien wie Bohrdurchmesser, Bohrlochabstand, Bohrlochtiefe, Bohrgeometrie etc.
• Wahl und Einbringungsart des Füllstoffs
• Festlegen des maximalen Injektionsdrucks
• Festlegen der Maßnahmen zur Qualitätssicherung und Dokumentation
• Umweltschutz und Nachweise betreffend die Entsorgung der Leergebinde, Reiniger und Abfälle
• Überwachung und Abnahme

Rissverpressung mit Bohrpackern in der Praxis

• Vertikale Risse werden von unten nach oben verpresst.
• Die Bohrlöcher werden auf den Riss zu verschränkt angeordnet.
• Die Bohrungen weder entweder einseitig oder wechselseitig in einem Winkel von ca. 45 ° zur Rissebene abgeteuft, sodass die Rissebene in Bauteilmitte durchörtert wird.
• Bohrlochdurchmesser und der Durchmesser der Bohrpacker sind aufeinander abzustimmen.
• Der Abstand der Injektionsbohrungen zueinander ist auf die Bauteildicke abzustimmen, jedoch maximal so weit zu versetzen, dass ein Übertritt des Füllstoffs von Bohrloch zu Bohrloch gewährleistet ist.
• Die Rückschlagventile werden im Laufe des Injektionsfortschritts Zug um Zug auf den nächsten zu verpressenden Packer geschraubt. Dadurch wird ein kontinuierliches Verfüllen des Rissverlaufs visuell kontrolliert.

Instandsetzung von Rissen im Mauerwerk

Um beispielsweise Mauerwerksschalen wieder kraftschlüssig zu verbinden oder zur Rückverankerung von Mauer-, Gesimse oder Zierteilen, können zusätzlich zur Rissinjektion auch Spiralanker oder Gewindestangen aus Edelstahl verwendet werden. Ebenso können Spiralanker bzw. Gewindestangen in vorgeschlitzten Lagerfugen in Spezialmörtel versetzt werden, wobei die Endstücke um die Ecke gebogen oder eingebohrt werden können.