Tiefenwirkung Anwendung und Eigenschaften einer hydrophobierenden Imprägnierung

Die wasserabweisende Ausrüstung von Fassaden ist eine seit Jahrzehnten bewährte Methode der Bauwerkserhaltung. Da dennoch immer wieder neue Diskussionen selbst über grundlegende Eigenschaften der Hydrophobierung aufkommen, soll hier noch einmal der Stand der Technik dargelegt werden.

Viele Baustoffe reagieren auf erhöhte Feuchtegehalte mit einem Verlust an Festigkeit. Manche Natursteine und historische, schwach gebrannte Ziegel reagieren auf Feuchtigkeits­schwankungen mit Ausdehnungs- beziehungsweise Schrumpfungsprozessen. Feuchtigkeit transportiert zudem Salze in gelöster Form in den Baustoff. Dort können sie ihr Schadenspotential entfalten, das schließlich in Ausblühungen, feuchten Wandbereichen und Mauerwerkserosion sichtbar wird. Schadstoffe aus der Luft und Feinstaubablagerungen werden vom Regen aufgenommen und ebenfalls in den Baustoff hinein transportiert.

Die durch Feuchtigkeit verursachten Schäden sind noch weit vielfältiger als die hier beschriebenen, und nicht immer ist die Hydrophobierung das Mittel der Wahl. Zuerst sollten die Möglichkeiten eines konstruktiven Feuchteschutzes in Betracht gezogen werden. Gesimse, Mauerkronen oder Wasserschläge können zum Beispiel mit einem Wetterschutz versehen werden. Ist dies nicht möglich, sollte als nächstes die Anwendbarkeit einer Beschichtung geprüft werden. Wenn eine Beschichtung allerdings – wie bei vielen steinsichtigen Bauwerken – nicht in Frage kommt, ist eine hydrophobierende Imprägnierung eine Lösung.

Funktion und Eigenschaften von hydrohobierenden Imprägnierungen

Die Wirkungsweise einer hydrophobierenden Imprägnierung lässt sich sehr prägnant durch das Aufsetzen einzelner Wassertropfen auf die Baustoffoberfläche darstellen. Ist diese hydrophobiert, bleibt der Tropfen nahezu kugelig auf der Oberfläche stehen. Ist diese dagegen hydrophil, verläuft der Wassertropfen; das heißt er verliert seine kugelige Form und benetzt die Baustoffoberfläche.

Um die Wirkungsweise hydrophobierender Imprägnierungen zu verstehen, ist es allerdings notwendig, nicht nur die Oberfläche des Baustoffes zu betrachten, sondern vielmehr die oberflächennahe Zone. Ein Sanierputz, der werksseitig wasserabweisend eingestellt ist oder ein Naturstein, der im Nachhinein behandelt wurde, verfügt trotz Hydrophobierung weiterhin über eine offenporige Struktur, die Diffusionsfähigkeit bleibt voll erhalten. Ein einfaches Experiment verdeutlicht den Hydrophobierungseffekt: In ein Wasserbecken wird ein dünnes Glasröhrchen hineingestellt. Das Wasser steigt im Glasröhrchen nach oben. Für dieses Phänomen verantwortlich sind die so genannten Kapillarkräfte, die auf unterschiedliche Oberflächenspannungen der Glasrohrwandung und des Wassers zurückzuführen sind. Das Glasröhrchen steht stellvertretend für eine kapillar saugfähige Pore eines mineralischen Baustoffes. Wird diese Pore nun hydrophob ausgerüstet, wird das Wasser nicht länger hochgesogen, sondern vielmehr hinausgedrückt.


Moderne Hydrophobierungsmittel


Seit Mitte der siebziger Jahre setzt man für Imprägnierungen als Wirkstoffe Silane beziehungsweise Siloxane ein. Dies sind keine gänzlich unterschiedlichen Wirkstoffarten; ein Siloxan ist lediglich eine etwas größere „Ansammlung“ von Silanen, die bereits miteinander reagiert haben. Diese Wirkstoffe konnten zunächst nur in lösemittelbasierten Produkten verwendet werden. Mit steigen­dem Umweltbewusstsein entstanden wasserba­sierte Systeme, die mit der so gennannten Cremetechnologie ihren bislang höchsten Entwicklungsstand erreicht haben. Vor allem bei der Cremetechnologie werden von den versierten Herstellern heute die kleineren Silane eingesetzt, da sie auf Grund ihrer Größe tiefer eindringen als die größeren, langkettigen Siloxane.


Nach Abschluss der Reaktion der Silane und Siloxane entsteht ein Siliconharznetzwerk. Dieses Netzwerk hat nur eine zweidimensionale und keine dreidimensionale Ausdehnung. Dies ist für die Funktionalität der Hydrophobierungen von immenser Bedeutung. Die Oberflächenspannung der Porenwandungen wird zwar verändert, der für die Dampfdiffusion notwendige offene Porenquerschnitt wird jedoch praktisch nicht eingeschränkt.

Die Vorteile der Hydrophobierungscreme gegenüber flüssigen Produkten bestehen in der längeren Verweildauer auf der Fassadenoberfläche, wodurch sich höhere Eindringtiefen erreichen lassen, sowie in der einfachen, punktgenauen Verarbeitbarkeit. Aufwendige Schutzmaßnahmen angrenzender Bauteile können minimiert werden. Auch eine Applikation über Kopf ist problemlos möglich.

Gearbeitet wird bei der Cremetechnologie mit einer definierten Auftragsmenge von 150-300 g/m². Dies ist der Grund dafür, dass bei stark saugenden Untergründen flüssige Produkte manchmal trotzdem besser abschneiden als cremeförmige: Da hier das zumeist hohe Porenvolumen vollständig gesättigt werden muss, ist für die Hydrophobierung eine entsprechend große Menge an Imprägniermittel notwendig, die nur von flüssigen Produkten gewährleistet werden kann.


Kritische Fragen

In der Praxis begegnet man häufig Vorbehalten gegenüber hydrophobierenden Imprägnierungen. Diese lassen sich in drei Sätzen zusammenfassen:

- Eine hundertprozentige Hydrophobierung sei nicht möglich, da immer Öffnungen bleiben, die Wasser auch weiterhin in den Fassadenbaustoff hineingelangen lassen.
- Hinter die behandelte Oberflächenschicht gelangtes Wasser kann nur gehemmt wieder austrocknen.
- Die Haltbarkeit von Hydrophobierungen ist begrenzt.

Grundsätzlich ist eine hundertprozentige Hydrophobierung durchaus möglich. Der Handwerker muss jedoch bereits im Vorfeld dafür sorgen, dass Fehlstellen, wie zum Beispiel Fugenflankenabrisse, nur vereinzelt vorhanden sind. Wenn ihr Verhältnis zur Gesamtfläche klein ist, besteht in der Regel kein Handlungsbedarf. Andernfalls ist eine vorbereitende Instandsetzung notwendig.

Durch eine hydrophobierende Imprägnierung ändert sich die Wasserdampfdiffusion praktisch nicht. Die kapillare Saugfähigkeit wird allerdings deutlich abgesenkt. Was im Sinne des Fassadenschutzes sinnvoll ist, kann bei starken Hinterfeuchtungen der hydrophobierten Oberfläche jedoch zu Problemen führen. Ein gutes Beispiel hierfür sind durch aufsteigende Feuchtigkeit erheblich belastete Sockelzonen. In solchen Fällen ist eine hydrophobierende Imprägnierung eher kontraproduktiv, da sie zu einer Erhöhung der Feuchtegehalte im Sockelmauerwerk mit entsprechenden Folgeschäden führen kann.

Da nach einer gewissen Zeit ausnahmslos an allen hydrophobierten Bauwerken ein Nachlassen des Abperleffekts festzustellen ist, ist die Frage nach der Haltbarkeit der Hydrophobierung durchaus berechtigt. Der Grund für den nachlassenden Abperleffekt ist die Ablagerung hydrophiler Feinstaub- und Schmutzpartikel. Diese in die Oberflächenporosität der Fassadenbaustoffe eindringenden Partikel überlagern die wasserabweisende Wirkung des Hydrophobierungsmittels. Bei relativ geschlossenen Oberflächen, beispielsweise bei Farbsystemen, kann der Abperleffekt durch Reinigen der Oberfläche reaktiviert werden. Bei porösen Fassadenbaustoffen, wo die Schmutzpartikel tiefer in die Oberfläche eindringen können, ist dies jedoch praktisch nicht möglich.

Die beschriebene Überlagerung durch Schmutz ist auch der Grund für den Totalverlust der Hydrophobierung an einigen Objekten. In den meisten dieser Fälle wurde eine viel zu geringe Eindringtiefe der Imprägnierung erzielt. Bei beispielhaft sanierten Objekten handelt es sich daher zumeist um sehr sorgfältig ausgeführte Hydrophobierungen, die eine hohe Eindringtiefe erreichen.

Adaptive Hydrophobierung für den Schinkel-Speicher

Der aus einem einschaligen Ziegelsichtmauerwerk 1885 von Karl Hampel und Karl Friedrich Schinkel errichtete so genannte Schinkel-Speicher in Potsdams Speicherstadt ist solch ein beispielhaftes Objekt. Er wurde 2010 instandgesetzt und für eine Wohnnutzung umgebaut. Das Gebäude wurde mit einer Innendämmung und mit einer gezielt angepassten adaptiven Fassaden-Hydrophobierung versehen.

Die Adaptierung einer hydrophobierenden Imprägnierung auf ein Fassaden-Material und dessen Situation am Bauwerk, stellt gegenüber herkömmlichen Hydrophobierungen eine Verbesserung hinsichtlich der Funktionalität des Schlagregenschutzes dar. Die Fassade wird so stark wie nötig, dabei jedoch nur so wenig wie möglich hydrophobiert. Das Eindringen von Feuchtigkeit bei Schlagregen wird deutlich reduziert, gleichzeitig ist jedoch die Abtrocknung über verbleibende „kapillare Anteile“ deutlich höher als nach einer herkömmlichen Hydrophobierung. Die Einstellung der adaptiven Hydrophobierung ist ein aufwendiger Prozess, bei dem neben der kapillaren Wasseraufnahme die Parameter der kapillaren Sättigung, die Sättigung bis zur Massekonstanz, die Änderung des Wasserdampfdiffusionswiderstandes, der Verdunstungsverlauf und die Eindringtiefe unterschiedlicher Imprägniermittel bestimmt werden müssen. Mit diesen Materialdaten werden anschließend Vergleichssimulationen durchgeführt, um das Zusammenwirken des aufgebrachten Oberflächenschutzes mit dem Mauerwerk zu ermitteln. Weitere Sanierungsmaßnahmen, wie zum Beispiel eine Innendämmung, können in der Rechnung berücksichtigt werden. Anhand der Simulationsergebnisse wird die optimale Imprägnierung gewählt.

Qualitätssicherung

Nach einer Hydrophobierung sollte in jedem Fall die Wirksamkeit überprüft werden. Da der Abperleffekt kein Qualitätskriterium darstellt und die Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels nur über zerstörende Prüfungen bestimmt werden kann, wird man sich in der Regel mit einer Messung der Saugfähigkeit am Objekt begnügen müssen. Hierfür sind das so genannte Karstensche Prüfröhrchen beziehungsweise  Weiterentwicklungen dieses Verfahrens geeignet. Für die Qualität einer hydrophobierenden Imprägnierung ist vor allem die Sorgfalt bei der Ausführung entscheidend. Sie beginnt mit der Auswahl des Hydrophobierungsmittels und des Auftragsverfahrens, erstreckt sich über den Ausführungszeitpunkt, hinsichtlich der klimatischen Bedingungen und der Untergrundfeuchtigkeit, bis hin zur eingesetzten Materialmenge. Diese Gesichtspunkte sollten nicht nur bei der Ausführung sondern auch schon bei der planerischen Vorbereitung Berücksichtigung finden.

 

Weitere Informationen zum Thema:

WTA Merkblatt 3-17-2009/D, Hydrophobierende Imprägnierung von mineralischen Baustoffen; Fraunhofer IRB-Verlag, Stuttgart 2009
A. Boué: Ist Hydrophobierung heute verantwortbar?, 4. Internationales Kolloquium Werkstoffwissenschaften und Bauinstandsetzen, Technische Akademie Esslingen, 17.-19. Dez. 1996

Wozu eine Fassadenoberfläche wasserabweisend ausrüsten?

Verbesserter Schlagregenschutz mit adaptiver Hydrophobierung

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