Widerstandsfähigkeit von Baustoffen gegen aggressive Schadstoffemission der Luft. Eine

252 Pages·2011·17.46 MB·German

Bauforschung
Widerstandsfähigkeit von Baustoffen
T 2135
gegen aggressive Schadstoffemission
der Luft
Teil 1: Zementgebundene und andere
mineralische Baustoffe
Fraunhofer IRB Verlag
T 2135
Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten Hoch-
leistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt.
Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen
und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen
der Verfasser wieder. Diese werden hier unverändert wie-
dergegeben, sie geben nicht unbedingt die Meinung des
Zuwendungsgebers oder des Herausgebers wieder.
Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedoch
nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von
der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes
ab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstelle zur
Verfügung gestellt wurde.
© by Fraunhofer IRB Verlag
Vervielfältigung, auch auszugsweise,
nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages.
Fraunhofer IRB Verlag
Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau
Postfach 80 04 69
70504 Stuttgart
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart
Telefon [phone] - 25 00
Telefax (07 11) 9 70 - 25 08
E-Mail [email protected]
www.baufachinformation.de
ABTEILUNG BAUSTOFFKUNDE UND BAUPHYSIK
Prof.Dipl.-Ing. Architekt W.- H.Pohl
Institut für Bautechnik und Entwerfen
Universität Hannover
Forschungsbericht:
Widerstandsfähigkeit von Baustoffen gegen aggressive
Schadstoffemission der Luft.
Eine Übersicht und Auswertung des derzeitigen
Erkenntnisstandes.
Teil 1: Zementgebundene und andere mineralische Baustoffe.
W.-H. Pohl, E.Köstner
Mitarbeit: M.Schnier, K.Przygodzka
Ressortforschungsvorhaben durchgeführt im Auftrag des:
Bundesministers für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau
Az.: B I 5 - 80 05 96 - 9
Abgeschlossen: 31. März 1989
Sachbearbeiter: Abteilungsleiter:
Dipl.-Ing. E. Kästner Prof.Dipl.-Ing. W.-H. Pohl
Inhaltsverzeichnis Forschungsbericht -1-
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
INHALTSVERZEICHNIS 1
1 THEMA MIT ERLAUTERUNG 7
2 BESCHREIBUNG DER AUFGABENSTELLUNG 8
3 PROBLEMATISIERUNG UND KONKRETISIERUNG 14
3.1 Definitionen 14
3.2 Abgrenzung 15
3.3 Abwicklung 16
3.4 Grenzwertfindung 17
3.5 Überlagerung der Schadstoffeinwirkung
mit Klima 17
3.6 Prognose der Schadstoffemissionen 18
3.7 Klassifizierung der Baustoffe 18
3.8 Schadstoffkonzentration - Schadstoffaufnahme 19
3.9 Bedeutung des Gebäudes 19
3.10 Veränderung des Escheinungsbildes 19
3.11 Schlußbemerkung 20
4 LUFTSCHADSTOFFE 21
4.1 Zusammensetzung reiner Luft 22
4.2 Luftschadstoffe 23
4.2.1 Schwefeldioxid 24
4.2.1.1 Wirkungsmechanismus 25
4.2.1.2 Umwandlungsreaktionen 25
4.2.1.3 Deposition 26
4.2.1.4 Schädigungsmechanismus 30
4.2.1.4.1 Lösender Angriff 30
4.2.1.4.2 Treibender Angriff 30
4.2.2 Stickoxide 31
4.2.2.1 Wirkungsmechanismus 32
4.2.2.2 Umwandlungsreaktionen 32
Inhaltsverzeichnis Forschungsbericht -2-
4.2.2.3 Deposition 33
4.2.2.4 Schädigungsmechanismus 34
4.2.3 Kohlendioxid 34
4.2.3.1 Wirkungsmechanismus 35
4.2.3.2 Umwandlungsreaktionen 35
4.2.3.3 Deposition 35
4.2.3.4 Schädigungsmechanismus 36
4.2.4 Chloride 37
4.2.5 Stäube 37
4.2.5.1 Wirkungsmechanismus 38
4.2.5.2 Deposition 38
4.2.5.3 Schädigungsmechanismus 39
4.2.6 Niederschläge 39
4.2.6.1 Historische Entwicklung des "sauren Regens" 42
4.2.6.2 Schädigungsmechanismus 42
4.3 Gesetzliche Regelung der Emissionen/Immissionen 43
4.4 Zusammenfassung Belastungssituation durch
Luftschadstoffe 45
4.5 Schadstoffmessungen 47
4.6 Mikroorganismen 51
4.6.1 Einteilung der Mikroorganismen 52
4.6.2 Wirkungsmechanismus 52
4.6.2.1 Schleimbildung 53
4.6.2.2 Säurebildung 53
4.6.3 Schädigungsmechanismus 54
5 BESCHREIBUNG DER BAUSTOFFE UND BAUSTOFFGRUPPEN 55
5.1 Natursteine 58
5.1.1 Kalksteine 58
5.1.1.1 Kalkstein 60
5.1.1.2 Muschelkalk 61
5.1.1.3 Travertin 61
5.1.1.4 Marmor 62
5.1.1.5 Dolomit 62
5.1.2 Tuffstein 63
5.1.3 Sandstein 64
5.1.4 Granit 67
5.1.5 Schiefer 69
5.2 Künstliche Steine 71
5.2.1 Keramik 71
5.2.1.1 Vormauerziegel 72
5.2.1.2 Klinker 74
5.2.1.3 Dachziegel 75
5.2.1.4 Fliesen und Platten 76
Inhaltsverzeichnis Forschungsbericht -3-
5.2.2 Kalksandsteine 78
5.3 Beton/Mörtel 80
5.3.1 Beton 80
5.3.1.1 Stahlbeton 81
5.3.1.2 Betonwerkstein 83
5.3.1.3 Betondachstein 84
5.3.2 Asbest-/Faserzement 85
5.3.3 Mörtel 89
5.3.3.1 Kalkmörtel 91
5.3.3.2 Zementmörtel 93
6 BEWERTUNG - BEURTEILUNG DER BAUSTOFFGRUPPEN 96
6.1 Kriterien 97
6.1.1 Entstehung - Herstellung 97
6.1.2 Bestandteile - Zusatzmittel 98
6.1.3 Schwankungsbreite - der Eigenschaften 98
6.1.4 Hydrophobierbarkeit 99
6.1.5 Oberflächenstruktur 99
6.1.6 Einflugnahme auf Widerstandsfähigkeit 100
6.2 Baustoffgruppen 101
6.2.1 Natursteine 101
6.2.2 Keramik 103
6.2.3 Kalksandsteine 106
6.2.4 Beton 107
6.2.5 Mörtel 109
6.3 Gesamtbeurteilung Baustoffe 112
6.3.1 Natürliche mineralische Baustoffe 112
6.3.2 Künstliche mineralische Baustoffe 113
6.3.2.1 Herstellungstechnologie 114
6.3.2.2 Hauptbestandteile 114
6.3.2.3 Keramik 115
6.3.2.4 Baustoffe mit CSH- Phasen 115
7 BESCHREIBUNG UND BEURTEILUNG
DER BAUKONSTRUKTIONEN 117
7.1 Kriterien 121
7.1.1 Belüftet - nicht belüftet 121
7.1.2 Verschiedene oberflächenbildende Materialien 121
7.1.3 Herstellungsart der wesentlichen Elemente 122
7.1.4 Witterungsabhängigkeit 122
7.1.5 Nachträgliche Behandlung der Oberfläche 123
7.1.6 Übertragung von Gebäudeverformungen 123
7.1.7 Staubablagerungen 123
7.1.8 Austauschbarkeit 124
7.1.9 Hydrophobierbarkeit / Anstrich 124
7.1.10 Verbesserung der Konstruktion durch Wechsel
der Materialqualität 125
Inhaltsverzeichnis Forschungsbericht -4-
7.2 Baukonstruktionen 126
7.2.1 Sichtmauerwerk - massiv 126
7.2.2 Sichtmauerwerk - Verblendschale 129
7.2.3 Bekleidung - plattenförmig,offene Fugen 131
7.2.4 Bekleidung - angemörtelt 133
7.2.5 Vorgehängte Elemente 135
7.2.6 Dachdeckung 137
7.2.7 Putz 138
7.2.8 Sichtbeton 140
7.2.9 Schmuck-/ Konstruktionselemente 142
7.2.9.1 Plattenförmig, vermörtelt 142
7.2.9.2 Massiv, vermörtelt, verfugt 142
7.2.9.3 Rollsch,ichten 143
7.3 Gesamtbeurteilung Baukonstruktionen 144
8 BESCHREIBUNG UND ANALYSE VON SCHADENSBILDERN 146
8.1 Verwitterung 148
8.1.1 Physikalische Verwitterung 149
8.1.1.1 Temperaturverwitterung 149
8.1.1.2 Feuchteverwitterung 150
8.1.1.3 Frostverwitterung 151
8.1.1.4 Salzverwitterung 151
8.1.1.5 Biologisch-physikalische Verwitterung 152
8.1.2 Chemische Verwitterung 152
8.1.2.1 Lösungsverwitterung 153
8.1.2.2 Oxidationsverwitterung 153
8.1.2.3 Kohlensäure- und Rauchgasverwitterung 153
8.1.2.4 Hydrolitische Verwitterung 153
8.1.2.5 Biologisch-chemische Verwitterung 154
8.1.3 Zusammenfassung
physikalisch-chemische Verwitterung 154
8.2 Einzelerscheinungsbilder 156
8.2.1 Risse 156
8.2.2 Abplatzungen 157
8.2.3 Absanden 159
8.2.4 Ausblühungen 160
8.2.5 Auswaschung 161
8.2.6 Auslaugung / Aussinterung 162
8.2.7 Durchfeuchtungen 163
8.2.8 Verwittern der Oberfläche 165
8.2.9 Verfärbungen / Verschmutzungen 166
8.2.10 Bewuchs mit Mikro-/Makroorganismen 167
8.3 Schadensbilder an Konstruktionen 169
8.3.1 Sichtmauerwerk 172
8.3.2 Putz 173
8.3.3 Sichtbeton 173
8.3.4 Bekleidung angemörtelt 175
8.3.5 Bekleidung belüftet 176
Inhaltsverzeichnis Forschungsbericht
8.3.6 Dachdeckung 177
8.3.7 Schmuck- und Konstruktionselemente 177
9 VERHALTEN DER KONSTRUKTIONEN UNTER NORMALEN
BEDINGUNGEN UND UNTER SCHADSTOFFBELASTUNG 179
9.1 Verhalten unter "normalen Bedingungen" 180
9.2 Verhalten unter "zusätzlicher
Schadstoffbelastung" 181
9.3 Vergleich des Verhaltens 181
10 KONSTRUKTIONSEMPFEHLUNGEN/-RICHTLINIEN 183
10.1 Einzelne, spezielle Konstruktionsempfehlungen 186
10.1.1 Sichtmauerwerk 186
10.1.2 Putz 188
10.1.3 Beton 189
10.1.4 Dachdeckung 189
10.2 Prinzipielle Konstruktionsempfehlungen 191
10.2.1 Vermeidung von Staub-/ Schmutzablagerungen 192
10.2.1.1 Akzeptanz von Verschmutzungen 193
10.2.2 Schutzmaßnahmen, die Ablagerung und Eindringen
von Luftschadstoffen verhindern 193
10.2.3 Kapillar unterschiedlich stark saugende
Materialien 194
10.2.4 Vorsprünge 195
10.2.5 Fugen bei Materialwechsel 195
10.2.6 Unterschiedlich stark belastete Bereiche 196
10.2.7 Ungleiches Alterungsverhalten der
Fassadenbaustoffe 198
10.2.8 Ablaufen von Wasser über Baustoffe 199
10.3 Allgemeine Konstruktionsrichtlinien/
- prinzipien 200
10.3.1 Standort 201
10.3.2 Gebäudegeometrie 201
10.3.3 Nutzungsdauer - Wartungsintensität 202
10.3.4 Gebäudekonzeption 203
11 ENTWICKLUNG EINES VERFAHRENS ZUM
ÜBERSCHLAGIGEN KOSTENVERGLEICH 205
11.1 Beschreibung des Verfahrens 205
11.2 Beurteilung der Anwendbarkeit auf mineralische
Fassadenbaustoffe 207
11.2.1 Berücksichtigung gestalterischer Aspekte 207
11.2.2 Widerstandsfähigkeit der Baustoffe/
Baukonstruktionen 208
11.2.3 Zusatzmaßnahmen 208
11.2.4 Vergleich verschiedener Konstruktionen 208
11.3 Zusammenfassung 209
Inhaltsverzeichnis Forschungsbericht -6-
12 ERLAUTERUNG ZUM BERICHT MIT AUSGEWERTETEN
ERKENNTNISSEN 211
12.1 Darstellung des grundsätzlichen
Erkenntnisstandes 212
12.2 Erkenntnisstand Natursteine 215
12.3 Erkenntnisstand Stahlbeton 218
12.4 Erkenntnisstand Mauerwerk aus
künstlichen Steinen 220
12.5 Erkenntnisstand Ziegel 220
12.6 Erkenntnisstand Kalksandstein 223
12.7 Erkenntnisstand Putz / Mörtel 224
12.8 Hinweise auf erforderliche
Forschungsaktivitäten 225
13 LITERATUR 227
ANHANG: 247
Thema - Erläuterung der Aufgabenstellung -7-
1 THEMA MIT ERLÄUTERUNG
"Widerstandsfähigkeit von Baustoffen gegen aggressive Schad-
stoffemigsion der tuft.
Eine Übersicht und Auswertung des derzeitigen Erkenntnis-
standes.
Teil 1: Zementgebundene und andere mineralische Baustoffe".
Der vorliegende Bericht gehört zu einem Teilprojekt von insge-
samt vier vorgesehenen Teilprojekten eines Ressortfor-
schungsvorhabens des Bundesministeriums für Raumordnung,
Bauwesen und Städtebau.
Die weiteren Teilprojekte haben folgende Baustoffe zum Thema:
- Metalle,
- Kunststoffe,
- Anstriche und Beschichtungen.
Ziel dieses gesamten Ressortforschungsvorhabens ist die fach-
wissenschaftliche Beratung des Bundesbauministeriums zum der-
zeit aktuellen Thema der Wirkungsmechanismen aggressiver
Schadstoffemissionen der Luft auf Baustoffe.