Sanierung einer normalen Materialeigenschaft?

INHALTE DES BEITRAGS

Ursachen der Rissbildung
Ursachenforschung und Bewertung von Rissen
Risssanierung mittels Kitt
Verfüllung mittels elastischer Materialien
Folgeschäden von Rissen
Risse durch Überbeanspruchung
Fazit: Risssanierung nicht immer vonnöten

Vermutlich beginnt ein Beitrag über Rissinstandsetzung bei einem mineralischen Massivbau mit bautechnischen Grundlagen, Lastverteilungen und den Ursachen von Setzungen bei unterschiedlichen Gebäudeteilen. Im mineralischen Massivbau ist ein Riss fast immer Zeichen von einem Fehler, einem Problem, einem Mangel. Beim Holzbau sind die Zusammenhänge komplexer und – soweit kann bereits vorgegriffen werden – nicht jeder Riss ist ein Problem.

Ursachen der Rissbildung

Vor einer näheren Auseinandersetzung mit der Instandsetzung von Rissen bei Holzkonstruktionen, sollen die verschiedenen Ursachen von Rissbildungen bei Holzkonstruktionen beleuchtet werden. Wie so oft beginnt es damit, dass Holz anisotrop und hygroskopisch ist. Wäre Holz kein uraltes, natürliches Material bzw. Baustoff, würde es technologisch in die modernen Faserwerkstoffe einzuordnen sein. Es ist leicht und hat eine sehr hohe Festigkeit. Außerdem kann Holz Feuchtigkeit aufnehmen sowie abgeben und verändert bei diesem Prozess (unterhalb des Fasersättigungsbereichs von 30 %) seinen Querschnitt.

Der Punkt mit den hohen Festigkeiten ist aber relativ. Plakativ gesagt, verhält sich der Werkstoff ein wenig wie ein Bündel von Strohhalmen. In Faserrichtung kann man sie auf Zug und Druck sehr hoch belasten, aber wenn man das Bündel teilen möchte, geht das ganz leicht. Beim Baustoff Holz ist es ähnlich. Die charakteristische
Zugfestigkeit von Fichtenholz C24 beträgt 14 N/mm². An einen Holzquerschnitt 30 × 30 mm, entsprechend 900 mm², könnte man in Längsrichtung einen Kleinwagen mit knapp 1.300 kg hängen. Quer zur Faser aber würde der gleiche Querschnitt gerade mal das Gewicht eines Kindes mit 45 kg halten. Etwa bei Faktor 30 liegt hier der Unterschied, warum man Holz quer zur Faser mit einer Axt leicht spalten kann, dies aber in Längsrichtung sehr viel schwieriger ist.

Auch das Quell- und Schwindverhalten von Holz ist nicht ganz simpel, weil es sich in alle Richtungen unterschiedlich darstellt. In Längsrichtung ist das Quell- und Schwindverhalten in den meisten Fällen zu vernachlässigen. Mit 0,01% Maßänderung/% Feuchteänderung bedeutet es, dass ein 4,0 m langes Brett seine Länge nur um wenige Millimeter verändert, wenn es von z. B. 30 auf 12% heruntertrocknet.

In radialer Richtung aber ist das Quell- und Schwindverhalten etwa 10-mal so groß (ca. 0,12%/% Feuchteänderung). Ein Staffel mit 16 cm Abmessung würde bei 18% Feuchteänderung (Trocknung) in radialer Richtung ca. 3,5 mm seines Querschnitts verkleinern. In tangentialer Richtung ist das Quell- und Schwindmaß mit ca. 0,25%/% Feuchteänderung nochmals doppelt so groß. Der gleiche Staffel würde seinen Querschnitt bei Trocknung um 18% in tangentialer Richtung um etwa 7 mm ändern. Das kann bei 16 cm ursprünglichem Maß schon zu einer Herausforderung werden. Das stellt den Grund dar, warum Holz möglichst mit der Feuchte eingebaut werden sollte, die dem zukünftigen Umgebungsklima entspricht.

Nun kommen zwei charakteristische Materialeigenschaften zusammen. Bei der Trocknung möchte jeder Jahrring tangential etwa doppelt so stark schwinden wie radial. Die benachbarten Jahrringe sind miteinander verbunden, daher wird diese Verformung behindert. Es entstehen Zugspannungen quer zur Faser, die wegen der geringen Zugfestigkeit des Holzes schnell zu einer Aufspaltung des Querschnitts führen. Die dabei entstehenden Risse verlaufen überwiegend radial und dienen dem Abbau der aufgebauten Schwindspannungen. Im Querschnitt ist dieses Erscheinungsbild ebenso typisch für den Werkstoff Holz, wie auch seine Jahresringe.

Ursachenforschung und Bewertung von Rissen

In den allermeisten Situationen sind Risse in einer tragenden Holzkonstruktion eine normale Materialeigenschaft. Es ist daher vor einer Instandsetzung zu überprüfen, welche Ursache die Risse haben. Auch wenn der weit überwiegende Anteil von Rissen in Holzkonstruktionen mit dem Quell- und Schwindverhalten zusammenhängt, kann auch bei Holzkonstruktionen eine Überbeanspruchung oder ein Materialfehler, z. B. mangelhafte Klebefuge bei Brettschichtholz, die Ursache der Rissbildung sein. In diesen Fällen ist der Riss dann Erkennungsmerkmal und ein ernstes Warnsignal und nicht nur eine übliche, optische Beeinträchtigung.

Neben der Möglichkeit, dass ein Riss in einer Holzkonstruktion unmittelbares Zeichen eines Versagens eines Teiles der Konstruktion anzeigt, gibt es auch die Situation, dass ein normaler Schwindriss innerhalb der Konstruktion eine so ungünstige Lage aufweist, dass sich durch die Bewitterung immer wieder Wasser in der Konstruktion ansammelt. Dies kann in weiterer Folge zu einem konstruktiven Problem werden. Das wird eher bei horizontal angeordneten und direkt bewitterten Bauteilen passieren, besonders bei Konstruktionen ohne zusätzliche Fassadenebene und ohne Witterungsschutz wie z. B. einem Vordach. Beispielsweise könnte dies bei einer ungünstigen Position der betreffenden Stelle, sprich der Wetterseite, und ungünstiger Lage und Form des Risses in einem Blockhaus auftreten.

Auch bei Knoten von direkt bewitterten Konstruktionen, z. B. Aussichtstürmen, Spielplatzgeräten etc., ermöglicht eine solche Kombination von ungeschützter Bewitterung und ungünstiger Position die Bildung von Rissen im Material. Daher ist es wichtig, dass solche Konstruktionen regelmäßig kontrolliert werden, um frühzeitig Problemstellen zu erkennen und rechtzeitig reagieren zu können.

Nachdem sowohl die Kontrolle als auch das Beheben meistens aufwendig ist, hat der konstruktive Holzschutz bei solchen Konstruktionen einen hohen Stellenwert, und bei jedem Knoten ist die Frage zu stellen, was mittelfristig passiert, wenn es zur Bewitterung kommt.

Die bisher beschriebenen Konstruktionen sind in die Kategorie „nicht maßhaltige“ Bauteile einzuordnen. Es muss angenommen werden, dass die Holzfeuchtigkeit innerhalb eines Jahres schwankt, weil sich das Umgebungsklima ändert. Je exakter die Einbaufeuchte zum zukünftigen Umgebungsklima gewählt wurde und je besser mit konstruktiven Maßnahmen ein Schutz vor direkter Bewitterung erfolgt ist, desto weniger wird es zu (zusätzlichen) Rissen kommen, über deren Instandsetzung sich Gedanken gemacht werden müsste.

Neben tragenden Konstruktionen aus nicht maßhaltigen Bauteilen gibt es ebenfalls maßhaltige Bauteile, wie z. B. Fenster, bei denen Risse zu bautechnisch relevanten Problemen führen können. Bei maßhaltigen Bauteilen wird i. d. R. durch eine Beschichtung dafür gesorgt, dass sich die Feuchtigkeit im Holzquerschnitt durch Schwankungen des Umgebungsklimas nicht ändert, damit sich in deren Folge der Holzquerschnitt nicht ändert.

Bei einem klassischen Schwindriss in einem tragenden, nicht maßhaltigen, Bauteil sollte versucht werden, den Riss zu belassen und keine weiteren Maßnahmen zu setzen. Ebenso, wie man einen klassischen Ast im Holz nicht als Problem, sondern als Normalität betrachtet.

Auch wenn das auf den ersten Blick verwunderlich erscheinen mag, ist ein Riss eine dynamische Eigenschaft des Holzes. Das Umgebungsklima ändert sich meistens im Jahresverlauf. Damit ändert sich auch der Holzquerschnitt geringfügig, und auch die Rissbreite variiert im Jahresverlauf ein wenig. In der Regel ist das Holz im Innenbereich am Ende der Heizsaison (März, April) am trockensten und die Rissbreite am größten. Danach reduziert sich die Rissbreite wieder und ist am Beginn der Heizsaison am geringsten. Im Außenbereich kann dieser Verlauf auch anders sein. Je nach Himmelsrichtung (Sonnenbestrahlung, Niederschlag, Wind) wird aber auch dort ein Riss nicht das ganze Jahr gleich (breit) sein.

Risssanierung mittels Kitt

Es gibt mehrere Methoden, um einen Riss im Holz zu verschließen. Aus dem Möbelbau ist der klassische Holzkitt bekannt. Er wird kleinflächig in die Schadstelle (Astloch oder Riss) eingedrückt, trocknet rasch und kann überschliffen, gebeizt, lasiert und lackiert werden. Die Füllmasse besteht z. B. aus Holzmehl, Alkydharz und Cellulosenitrat. Für kleine Schäden an Möbeln ist der Einsatz von Holzkitt eine praktikable Lösung, doch bei größeren, unbeschichteten Flächen von konstruktiven Bauteilen ist die Methode eher nicht zu empfehlen.

Einerseits, weil sich Risse im Jahresverlauf verändern können und der unelastische Kitt dann herausbröckelt, anderseits weil Holzoberflächen sich mit der Zeit und durch UV-Strahlung, Feuchteeinwirkung und Oxidation farblich verändern. Im neuen Zustand ist Fichtenholz gelblich-weiß, aber mit der Zeit dunkelt das Holz nach. Der Holzkitt bleibt hell – damit leuchten die Risse, die man eigentlich verstecken wollte, noch deutlicher hervor.

Zum Thema Wahrnehmung gibt es ein weiteres wichtiges Thema. Gerne werden Holzoberflächen weiß lasiert oder lackiert, weil dies hell, sauber und freundlich aussieht. Risse erscheinen durch die Schattenwirkung aber wie dunkle Striche. Der Kontrast zwischen unbehandeltem, nachgedunkeltem Holz und Riss ist deutlich geringer, daher fallen Risse optisch nicht so stark auf wie bei sehr hellen oder weißen Beschichtungen. Außerdem werden bei durchgehenden Beschichtungen alle anderen optischen Eigenheiten von Holz, wie Äste, Harzgallen, Maserung, in der Sichtbarkeit stark reduziert – nur die Risse werden durch die Schattenwirkung hervorgehoben.

Bei der Instandsetzung von Holzrissen mit Kitt gibt es eine Ausnahme, welche als sehr sinnvoll zu betrachten ist. Bei der Reparatur von klassischen Kastenfenstern werden häufig Scheinhaken und Scharniere erneuert. Im Rahmen einer solchen Fensterreparatur werden meist Zwei-Komponenten-Polyesterspachtelmassen für kleine Ausbesserungen und Risse verwendet. Es ist darauf zu achten, dass die Holzteile entsprechend vorbereitet und der Auftragsbereich trocken und tragfähig ist. Die reparierten Stellen werden anschließend geschliffen und mit einem passenden Anstrichsystem, meist auf Acryl- oder Acryl-Urethane-Copolymerbasis 2-mal deckend beschichtet. Diese Methode ist nicht für historische Fenster geeignet, da diese mit ölbasierten Beschichtungen versehen wurden und diese nicht mit modernen Beschichtungssystemen kombiniert werden können.

Fenster sind maßhaltige Bauteile aus Holz, und die Beschichtung stellt sicher, dass das Holz im Jahresverlauf kaum seine Feuchtigkeit und somit seinen Querschnitt verändert. Holz für Fenster weist eine besonders hohe Sortierqualität der verwendeten Hölzer auf, und so können die schlanken Holzprofile über einen langen Zeitraum rissfrei gehalten werden. Um diese Qualität dauerhaft gewährleisten zu können, sind eine laufende Wartung und Pflege, z. B. nach Hagelereignissen, sehr wichtig.

Verfüllung mittels elastischer Materialien

Immer wieder gibt es die Idee, Holzrisse mit elastischen Materialien zu füllen. Egal, ob Acryl, Silikon oder moderne Hybrid-Polymerkleber verwendet werden sollen, sind zahlreiche Grundprinzipien zu beachten. Fugen sind nicht zufällig übriggebliebener Raum zwischen zwei Teilen, sondern sind korrekt zu planen und auszuführen. Dabei ist zu beachten, dass Fugenbreiten eingehalten werden, dass die Oberflächen tauglich für die Aufbringung des Dichtstoffs sind und dass Maßnahmen getroffen werden, sodass es zu keiner Dreiflankenhaftung kommt. Damit alle diese Rahmenbedingungen eingehalten werden können, sind Fugenbreiten von etwa 10 mm erforderlich.

Risse in Holzkonstruktionen laufen i. d. R. nicht parallel, sondern verändern ihre Breite über die Risslänge. Theoretisch ist es denkbar, einen Riss in einer Holzkonstruktion so weit nachzubearbeiten, dass eine korrekte Ausbildung als elastische Fuge möglich ist. Dabei müsste ein definierter Anfang und ein definiertes Ende der Fuge festgelegt werden, die Fugenbreite muss den Mindestanforderungen des Dichtstoffherstellers entsprechen, passendes Hinterfüllungsmaterial müsste eingebracht werden und die Flanken müssten so weit bearbeitet und gereinigt werden, dass eine entsprechende Haftung gewährleistet werden kann. Falls das praktisch tatsächlich umgesetzt werden kann, entsteht keine homogene, ebene Holzoberfläche, sondern eine korrekt ausgeführte Fuge. Diese erfüllt vermutlich nicht die optischen Erwartungen der Unauffälligkeit. Hierbei ist auch darauf hinzuweisen, dass Hochbaufugen in der DIN 18540 geregelt sind.

Elastische Dichtstoffe sind bei Holzrissen keine schnellen Problemlöser, sondern deren Einsatz muss sorgfältig geplant und die Argumente pro und contra müssen abgewogen werden. Auch wenn eine elastische Fuge sorgfältig ausgeführt wurde, wird sie nach Jahren ihre Funktionsfähigkeit verlieren und muss erneuert werden. Man spricht hierbei von einer Wartungsfuge. Wenn diese rechtzeitige Erneuerung unterbleibt, hat sich die Situation für den Holzriss deutlich verschlechtert, als wenn kein ursprünglicher Fugenverschluss stattgefunden hätte. Der Dichtstoff löst sich zunächst an einer Flanke, dort entsteht eine kapillar wirksame Fuge, und Feuchtigkeit kann in den Bereich eintreten, aber nicht mehr abtrocknen. Mit einem stetigen Anstieg der Holzfeuchtigkeit ist mit allen typischen Begleiterscheinungen wie Pilzbefall oder Vermorschung zu rechnen. Im Zweifelsfall ist das Verschließen von Rissen in Holzkonstruktionen mit elastischen Dichtstoffen eher nicht zu empfehlen.

Folgeschäden von Rissen

Es wurde nun ausführlich erläutert, dass Risse in Holzkonstruktionen am besten so belassen bleiben, wie sie sind, und dies in den meisten Fällen konstruktiv völlig problemlos ist. Dennoch gibt es einzelne Konstruktionsdetails, bei denen vorauszusehen ist, dass es durch die Form und Lage von einem Riss in der Holzkonstruktion zu Folgeschäden kommen wird. Wenn der Riss in einem Winkel verläuft, der ein Abtrocknen unmöglich macht und die Konstruktion der Witterung so ausgesetzt ist, dass es regelmäßig zu einer Staunässebildung kommt, die die Holzkonstruktion dauerhaft schädigt, kann der Riss durch Einkleben von geeigneten Holzprofilen geschlossen werden. Dabei ist der Riss bei trockenem Holz so weit, meist keilförmig, aufzuweiten, dass ein individuell eingepasstes Holzteil aus gleicher Holzart, gleicher Faserrichtung und trocken eingepasst werden kann.

Dabei ist zu beachten, dass die Klebeflächen im Bestandsbauteil ausreichend glatt und sauber sein müssen, um die Haftung des Klebers zu gewährleisten. Für die Verklebung bieten sich passende PU-Klebstoffe an. Diese Kleber trocknen rasch, sind feuchteunempfindlich und können kleine Ungenauigkeiten überbrücken. Nach dem Aushärten der Verklebung ist das Material eben zu schleifen und gegebenenfalls sind Beschichtungen passend zum bestehenden Beschichtungssystem aufzubringen. Durch solche eingeklebten Holzteile verliert das betreffende Holzteil die Möglichkeit, Feuchteschwankungen über eine Änderung der Rissbreite auszugleichen. Die entsprechenden Bereiche sind daher laufend zu kontrollieren mit z. B. einer Sichtprüfung im Jahr.

Risse durch Überbeanspruchung

Neben Rissen in Holzkonstruktionen, die aus den normalen Materialeigenschaften, wie dem Quell- und Schwindverhalten, abzuleiten sind, gibt es auch bei Holzkonstruktionen Risse, die auf eine Überbeanspruchung der Konstruktion und daher auf ein Versagen der Holzbauteile zurückzuführen ist. Die entsprechenden Risse sind nicht mit den eben beschriebenen Situationen zu vergleichen. Zunächst ist in diesen Fällen zu analysieren, warum das Bauteil versagt hat, wie es gesichert und abgestützt werden kann, damit von der Konstruktion keine weitere Gefährdung ausgeht. Dazu ist ein befugter Tragwerksplaner beizuziehen, um ein individuelles Sanierungskonzept ausarbeiten zu können. Beim Versagen einer Konstruktion ist i. d. R. davon auszugehen, dass es entweder grobe Konstruktionsfehler oder eine so weitreichende Beschädigung der Holzkonstruktion gibt, dass eine einfache Instandsetzung, wie sie in Teilen dieses Beitrags beschrieben wurde, nicht ausreicht. Die Konstruktion ist vielmehr neu zu bewerten und zu dimensionieren. Es reicht nicht aus, die Konstruktion so wiederherzustellen, wie sie vor dem Schadensereignis war, wenn die Ursache des Versagens eine normale Beanspruchung, wie Schnee, Wind oder übliche Nutzung, war. Bei Naturkatastrophen oder anderen außergewöhnlichen Beanspruchungen, die zum Schaden führten, ist eine individuelle Bewertung des Einzelfalls und ein passendes Sanierungskonzept auszuarbeiten.

Fazit: Risssanierung nicht immer vonnöten

Zusammenfassend sind Risse in Holzkonstruktionen in den meisten Fällen durch übliches Quellen und Schwinden der Holzquerschnitte zu erklären und stellen in den allermeisten Fällen keine statische Beeinträchtigung dar. Eine Instandsetzung von Rissen ist aus konstruktiven Gründen nur selten nötig, die Methode der Instandsetzung ist auf die Anforderungen und die individuelle Situation anzupassen.

Ein einfaches Ausbessern mit Holzkitt oder elastischen Dichtstoffen ist meistens nicht zu empfehlen. Risse, die ihre Ursache in der Überbeanspruchung der Konstruktion haben, sind ein ernst zu nehmendes Warnsignal, und eine umfassende Sicherung, Berechnung und Sanierung ist unter Beiziehung von erfahrenen Tragwerksplanern und/oder Holzbaufachleuten durchzuführen.