d8.9 educational material for university studies - rehva.eu · kaliumcarbonat (pottasche, k2co3)...

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D8.9 Educational Material for University Studies

Dr.-Ing. Rudolf Plagge Bauphysikalisches Forschungs- und Entwicklungslabor

Institut für Bauklimatik der TU Dresden

Guiding principle

Presentation 7Author: Rudolf PlaggePartner: TU DresdenUniversity course: Altbausanierung, Hauptstudium (Refurbishment, post graduate)Date: 13.05.2013 and 19.05.2014 (planned)Place: Dresden, Bauphysikalisches Forschungs und Entwicklungslabor, Institut für Bauklimatik der TU DresdenTitle of the lesson: “Protection of driving rain” Description of the contents: the lesson describes the problems of deterioration of building caused by water in masonries, roofs and basement. Then are illustrated the intervention techniques to ensure sanitation. Are finally are described the laboratory test that can be used to investigate these issues.Name of the file: WP8_D8.9_20131007_TUD-Lessons 5

R. Plagge - Altbausanierung 5 - Vorlesung für Architekten TU Dresden, Institut für Bauklimatik,

Altbausanierung 5, Schlagregenschutz

Dr.-Ing. Rudolf Plagge Bauphysikalisches Forschungs- und EntwicklungslaborInstitut für Bauklimatik der TU Dresden

R. Plagge - Vorlesung für Architekten TU Dresden

Blended Learning „Altbausanierung“

Reaktion mit FeuchtigkeitSilan Siliconharz

Molekülvergrößerung

Reaktion mit FeuchtigkeitSiloxan Siliconharz


Verdunsten des LösungsmittelsSiliconharz Siliconharz

Reaktion mit CO2 der LuftSiliconat Siliconharz


Zeit in Tagen [d]10009008007006005004003002001000

Inne

res

Kond

ensa

t in

[und

efin

ed]

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

80 mm Wärmedämmlehm ohne Hydrophobierung80 mm Wärmedämmlehm mit Hydrophobierung

-------- Standard Wandaufbau-------- adaptive Hydrophobierung

Zeit in Tagen [d]10009008007006005004003002001000

Inne

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3

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2

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1

0.5

0




URBAN-Krankenhaus in Berlin Kreuzberg

Westfassade

Ostfassade

Nordfassade

Südfassade


Bewertung unsanierte Konstruktion

Charakteristische Temperatur-Profile beim Außenwandaufbau d=51 cm ohne Hydrophobierung der Fassade (TRY Potsdam)


Bewertung sanierte Konstruktion

Charakteristische Temperatur-Profile beim Außenwandaufbau d=51 cm mit adaptiver Hydrophobierung der Fassade (TRY Potsdam)


Bewertung unsanierte Konstruktion

Charakteristische Luftfeuchte-Profile beim Außenwandaufbau d=51 cm ohne Hydrophobierung der Fassade (TRY Potsdam)


Bewertung sanierte Konstruktion

Charakteristische Luftfeuchte-Profile beim Außenwandaufbau d=51 cm mit adaptiver Hydrophobierung der Fassade (TRY Potsdam)


Übersichtskarte der BRD zur Darstellung der Schlagregen-beanspruchungs-gruppe nach DIN 4108

Außenklima

Schlagregenproblematik


ca. 900 mm Schlagregen (Klasse 2 3)

Vergleich unterschiedlichen Innendämmsysteme bei Schlagregenbelastung


Konstruktiver Aufbau, Schlagregenschutz


Verfugung


Frostsprengung


Schematische Darstellung verschiedener Steinschutzmaßnahmen


Wirkungsprinzip

hydrophobierte Baustoffoberfläche

(Siloxanmoleküle fest gebunden und ihre wasserabstossenden Molekülteile (hier vereinfacht nur CH3-Gruppen) nach aussen gerichtet)

unbehandelte Baustoffoberfläche

(mit adsorbierten Wassermolekülen)

Hydrophobierung


Marktübliche Hydrophobierungsmittel - Gemisch mehrerer Wirkstoffe mit diversen Hilfsstoffe- vorwiegend organische Harze, Kieselsäureester, Titanester u.a.

Alkoxysilane (vereinfacht oft "Silane" genannt)• gelöst in wasserfreien Alkoholen (z.B. Isopropanol)• gelöst in aliphatischen Lösemitteln• emulgiert in Wasser (z.B. das Triethoxyoctylsilan)

Alkoxysiloxane (oft einfach nur "Siloxane" genannt)- Unterscheidung in oligomere und polymere Siloxane (kleine und große Moleküle) • Gelöst in aliphatischen Lösemitteln• Emulgiert in Wasser

Microemulsionskonzentrat (Silan und oligomere Alkoxysiloxan Gemisch)Silicon-Mikroemulsionskonzentraten (SMK) = 100%iges Siliconprodukt, mit Wasser verdünnbar und dabei spontan eine Microemulsion bildet

verschiedenen Wirkstoffe



Siliconharze (Alkylpolysiloxane)• gelöst in wasserfreien Alkoholen (z.B. Isopropanol)• gelöst in aliphatischen Lösemitteln

Alkalisiliconate• hochalkalische Lösungen von Kaliumsiliconat, reagieren mit dem Kohlendioxid der Luft, Zwischenstufe Silanol und dann zum Silikonharz Kaliumcarbonat (Pottasche, K2CO3) als Nebenprodukt, (weißer Belag auf der Oberfläche) werkseitigen Imprägnierung von Ziegeln, Gasbeton und ähnlichen Baustoffen Injektagemitteln für nachträgliche Horizontalsperren enthalten (dort meist in Kombination mit Wasserglas).



Reaktion mit FeuchtigkeitSilan Siliconharz


Reaktion mit FeuchtigkeitSiloxan Siliconharz


Verdunsten des LösungsmittelsSiliconharz Siliconharz

Reaktion mit CO2 der LuftSiliconat Siliconharz



Zubereitungsformen

Imprägnier-Emulsionen, wässrig- lösemittelfreie, wasserbasierte Emulsionen aus Kombinationen von Silanen

und/oder Siloxanen- wasser- und lösemittelfreie Konzentrate, vor der Verarbeitung mit Wasser

verdünnt und dabei emulgiert (sogen. Mikroemulsionen)

Imprägnier-Paste- hochviskose (thixotrope) Emulsionen von Siloxanen und Silanen in Wasser- Verarbeitung der Creme mittels Rolle, Bürste oder Airless- Spritze

aufgebracht werden, ohne dass sie abläuft (Methylsiliconharz, Emulgatoren, Wasser und Octyltriethoxysilan)

Imprägnier-Lösungen, lösungsmittelhaltig- hochalkylierte Alkoxysiloxane, lösen sich nur in Benzin oder ähnlichen

organischen Lösungsmitteln

Imprägnier-Lösungen, wässrig

wässrige Lösung = Kalium-Methylsiliconate oder Kalium-Propylsiliconate eingeschränkten Anwendungsbereich


richtige Anwendungstechnik

Wirksamkeit der Imprägnierung von der Höhe der Eindringtiefe bestimmt, optimale Eindingtiefe 6-8 mm, materialabhängigerzielbare Eindringtiefe abhängig von: - Saugfähigkeit des zu imprägnierenden Baustoffes- Feuchtegehalt zum Zeitpunkt der Imprägnierung - chemisch-physikalischen Wechselwirkungen zwischen Baustoff und

Wirkstofflösung- Art des Wirkstoffes (u.a. der Größe der Moleküle, chemische Struktur)- Konzentration des Wirkstoffes (zu viel Wirkstoff schadet eher)- Art des Lösungsmittels (je nach Wirkstoff und Untergrundgegebenheiten

wechselt das optimale Lösungsmittel) - Anwendungstechnik (Verarbeitungsweise, Auftragsmenge, Kontaktzeit,

Anzahl der einzelnen Arbeitsgänge und Zeitabstände


Verarbeitung

Wie feucht darf der Untergrund sein- Oberfläche relativ trocken, Baustoff im Inneren sehr feucht ok- trockener Baustoff, nach einem Regenschauer oberflächennaß nein- moderne Imprägniermittel (Cremes )selbst bei feuchter Witterung

verarbeitbar, siehe Herstellerangaben im Technischen Merkblatt!

Verarbeitung:- malerüblichen Airlessgeräte- Quast (Bürste), Fellrolle oder weicher Pinsel (Flutung mit dem erforderlichen

Materialüberschuss nur bei kleinen Flächen sinnvoll)- Flutverfahren an senkrechten Flächen, sattes tränken der Fläche

(herunterlaufen der Lösung bis zu einem halben Meter an der Fläche)- mehrmaliger Auftrag größere Eindringtiefen zweimal kurz besser als einmal lang gespritzt immer nass in nass

Also: Zügig arbeiten, große Fläche in viele kleine unterteilen


Wirkstoffe(Beispiele)

anhydrolisiertes Silan wasserfreier Alkohol (niedermolekulares (Isopropanol))

aliphatische Lösungsmittelwird nur in Gemischen mit Siloxanen angeboten (s.u.)

Octyltriethoxysilan Emulsion in WasserKS, Naturstein, Putz, Ziegel, Porenbeton, Leichtbeton; Gips? Funcosil WS (Remmers)

oligomeres Funcosil SNL (Remmers);Alkylalkoxysiloxan Ceretec CT 12 (Ceresit);

Vesterol Siloxan (Hahne)Siliconharz polymere Siloxane aliphatische Lösungsmittel

kein Handelsprodukt bekannt; Produzenten sind u.a. die Wacker Chemie: "Wacker Bautenschutzmittel BS 15" und GE-Silicones: "Baysilone Imprägniermittel SK"

Silan-Siloxan-Silane und oligomere Ceretec CT 11 (Ceresit);

Gemisch AlkoxysiloxaneSiloxan Fassadenimprägnierung (Colfirmit Rajasil)

Emulsion in Wasser Unil SMK (Kulba);(Mikroemulsion) Hydrophobierung LF (Ispo);

Fassadenschutz conc. (Kertscher);Sikagard 702 W-Aquaphob (Sika)PCI-Siliconal W (PCI Augsburg);Vesterol SSW (Hahne);Trock'ne Mauer Silicon-Imprägnierung (Lugato);

+Octyltriethoxysilan

oder

Alkylalkoxysilan +Alkylalkoxysiloxan pastöse Emulsion in Wasser

Beton, KS, Naturstein, Putz, Ziegel; Gips?

als Pasten, keine fließende Lösung aber trotzdem mit gutem Eindringverhalten; der Vorteil gegenüber den Lösungen: Die Paste kann auch über Kopf verarbeitet werden.

StoCryl HC 100 (StoCretec); Infos auch unter den Rohstoffen: "Baysilone Impregnating Cream TP 3803" (GE-Silicones) oder unter WACKER BS® "Creme C" und "Creme D"

Beton, KS, Naturstein, Putz, Ziegel; Gips?

Konzentrat; muss vor der Anwendung mit Wasser verdünnt werden

Emulsion in WasserBeton, KS, Naturstein, Putz, Ziegel; Gips?

stark alkalische Lösung (pH=13); wird als Hydrophobierungsmittel so gut wie nicht eingesetzt; dafür um so öfter in Komb. mit Wasserglas als Bohrlochinjektagemittel für

aliphatische Lösungsmittel

Beton, KS, Naturstein, Putz, Ziegel, auch frische hochalkalische Untergründe (Beton, Kalksandstein, frische

SiliconatKalium-Methylsiliconat Wasser

nicht für Fassaden einsetzbar; für nachträgliche Hydrophobierung von z.B. Gipskarton- oder Gipswandbauplatte jedoch brauchbar

Siloxan aliphatische Lösungsmittel

Beton, KS, Naturstein, Putz, Ziegel, (alkalische Untergründe bei manchen Produkten nur mit

typische Handelsprodukte

Silan

Beton, KS, Naturstein, Putz, Ziegel, Gips?

aufgrund des Isopropanols speziell für Fassadenbauteile mit lösemittelempfindlichen Baustoffen wie z. B. Polystyrol, Bitumen, Funcosil SN (Remmers)

Wirkstoffgruppe Lösungsmittel Untergrund Bemerkungen


Wirkungsweise einer hydrophoben Imprägnierung

Hydrophobe Zone, Ziegel wasserabweisend ausgerüstet

Fuge kraftschlüssig instandgesetzt, auch der ursprüngliche Mauermörtel ist wasserabweisend ausgerüstet

Fuge und Ziegel oberflächenbündig (keine Risse, Kanten und Angriffsflächen mehr


• hohe Funktionssicherheit und Dauerhaftigkeit des Schlagregenschutzes,• homogenes Eindringen bis in 15mm Tiefe,• Einsatz auch auf feuchten Untergründen Emulsionscreme• Erhalt des Trocknungspotentials nach Innen mit kapillaraktiven Dämmstoffen,• unveränderter optischer Eindruck nach der Maßnahme

Zeit in Tagen [d]10009008007006005004003002001000

Inne

res

Kond

ensa

t in

[und

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ed]

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0



Adaptive Hydrophobe Imprägnierung


Manuelle Bestimmung des WasseraufnahmekoeffizientenAutomatische Bestimmung des Wasseraufnahmekoeffizienten

Hygrothermische Stoffkennwerte: Wasseraufnahme Experiment


0

20

40

60

80

0 20 40 60 80 100 120

t in s1/2

Wat

er u

ptak

e [k

g/m

²]

CaSi-26(h=71.08mm) CaSi-27(h=81.25mm)CaSi-28(h=80.34mm) CaSi-29(h=69.18mm)CaSi-30(h=80.32mm) CaSi-31(h=80.36mm)CaSi-32(h=80.38mm) CaSi-33(h=76.41mm)CaSi-34(h=80.28mm) CaSi-35(h=80.40mm)

Reproduzierbarkeit, Wasseraufnahmeexperiment


Hygrothermische Stoffkennwerte: Ausgleichsfeuchte und Sättigungsfeuchtegehalt

idealisierter Verlauf gemessener Verlauf der hygrischen Sorptionsisothermen

hyg 100 %

Wsat - Wert

W80 - Wert


Bestimmung der Wasserdampfdiffusion (dry-cup und wet-cup Messungen)

Hygrothermische Stoffkennwerte: Wasserdampf-Diffussionsexperiment


0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80 100

Relative Liuftfeuchte [%]

sd-W

ert [

m]

Duplex_MW1Duplex_min1Duplex_max1Duplex_MW2Duplex_min1Duplex_max2

Duplex-Vario von G & H

Feuchteabhängige Wasserdampfdiffussion


Bestimmung von:• Oberflächenaustauschkoeffizient• Trocknungszeiten• Verdunstungdpotential

Verdunstungsexperimente


time in [d]4035302520151050

wat

er m

ass

in [k

g]

0.11

0.1

0.09

0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

measured drying processcalculated drying process

Informationen zum OberflächenaustauschkoeffizientenVergleich: Trocknung einer Probe gemessen und berechnet

time in [d]876543210

tem

pera

ture

in [C

]

26

24

22

20

18

16

14

measured surface temperaturecalculated surface temperaturemeasured boundary temperature

Oberflächentemperatur

Simulation von Verdunstungsexperimenten


Direkte Strahlung

Zeit in [d]35030025020015010050

Dire

kte

Stra

hlun

g in

W/m

2

700

600

500

400

300

200

100

0

Relative Luftfeuchte

Zeit in [d]35030025020015010050

Rel

ativ

e Lu

ftfeu

chte

in %

100

90

80

70

60

50

40

30

Temperatur

Zeit in [d]35030025020015010050

Tem

pera

tur i

n C

25

20

15

10

5

0

-5

-10

Niederschläge

Zeit in [d]35030025020015010050

Nie

ders

chla

g in

l/m

2h

10

98

7

65

4

3

21

0

VerRain

Reale Klimabelastung


Ziegelkonstruktion - 36ger Wandaufbau

Hygrothermische Simulation unter Realklima


Bestandsgebäude Gebäude mit adaptiver hydrophober

Imprägnierung

Simulationen


Vergleich der Gesamtwassergehalte in der Konstruktion

Zeit in [d]120010008006004002000G

esam

twas

serg

ehal

t in

der K

onst

rukt

ion

[kg]

7

6

5

4

3

2

1

Altbau AusgangskonstruktionAltbau HydrophobierungHydrophobierung und Schlämmverfugung

Systemvergleich: Altbau, Imprägnierung und Schlämmverfugung


Hydrophobierung mit Fehlstellen, Außenwand mit 80 mm Calciumsilikat

innen außen

Fehlstellen mit adaptiver hydrophober Imprägnierung


Hydrophobierung mit Fehlstellen, Außenwand mit 80 mm Calciumsilikat


Hagia Sofia


Hagia Sofia ohne Putz, Schlagregen dringt ein, massive Schäden innenseitig


Hagia Sofia, Feuchte und Salzschäden


Hagia Sofia


Hagia Sofia, die Fassade von Außen


Hagia Sofia, Bestimmung der Wasseraufnahme mit dem „Karstenschen Prüfröhrchen“


Hagia Sofia


Messen der Wasseraufnahme einer Fassade nach Wahl

Hagia Sofia: WSW, 2. floor13.09.2011 brick and plaster cover, intact skin of brick

surface area 1.3 cm^2Faktor 7.746

Zeitdauer Start Infiltration measured datasec ml

0 16:37:00 0405 16:43:45 0.2645 16:47:45 0.3920 16:52:20 0.4

1165 16:56:25 0.51540 17:02:40 0.6

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Time [sec]

Infil

tratio

n [m

in]

Infiltration ml


Auswertung: Hagia Sofia, Messen der Wasseraufnahme einer Fassade

Zeitdauer Start Infiltration Infiltrationsratemin 0 ml ml/min

0.0 0.0 06.8 2.6 0.154 0.0228

10.8 3.3 0.231 0.021515.3 3.9 0.308 0.020119.4 4.4 0.385 0.019825.7 5.1 0.462 0.0180

0.0204Aw = 0.1265 SQR minAw = 0.0163 SQR sec

y = 0.1265x - 0.1798R2 = 0.9974

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

0.500

0 1 2 3 4 5 6

Time [SQRmin]

Infil

tratio

n [m

in]

Infiltration mlLinear (Infiltration ml)


Gemeinsame Auswertung

Abgabe der Hausarbeit

- Bild vom gemessenen Gebäude- kurze Beschreibung des Gebäudes (welcher Putz,

Ziegel, Klinker) Was interessiert Sie an der Untersuchung?

- Bild vom Messaufbau- Abgabe einer Tabelle (bevorzugt Excel) mit der

Wasseraufnahme als Funktion der Zeit- In das Opalsystem hochladen

- Name und Matrikelnummer nicht vergessen!

- Abgabetermin: Juli 2012

9% der Gesamtnote basiert auf dieser Hausarbeit

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