Aussenseitige Waermedaemmung von

Bauforschung
Außenseitige Wärmedämmung von
Außenwänden durch Polystyrol Hartschaumplatten mit Kunstharzputz
F 1789
Fraunhofer IRB Verlag
F 1789
Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie
des Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium für
Verkehr, Bau- und Wohnungswesen -BMVBW- geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit
enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben
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B Ho 10/81
AUSSENSEITIGE WARMEDAMMUNG VON AUSSENWANDEN
DURCH POLYSTYROL- HARTSCHAUMPLATTEN MIT
KUNSTHARZPUTZ
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durchgeführt in der
Außenstelle Holzkirchen des
Fraunhofer-Instituts für Bauphysik
im Auftrag des
Bundesministeriums für Raumordnung, Bauwesen
und Städtebau
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FRAUNHOFER- . INSTITUT FUR BAUPHYSIK 7000 SFU7TGAHI 70 DEGERLOCH, Könlgstrelile (4, Aulienstelle: HOLZKIRCHEN (O13B.), Postfach 1181
Fraunhofer-institut far Bauphysik
S gart
AUSSENSTELLE HOLZKIRCHEN
Amtlich anerkannte Prüfstelle für die Zulassung neuer Baustoffe, Bauteile und Bauarten
Institutsleiter: Prof. Dr. F. P. Mechel
B Ho lo/81
ußenseitige Wärmedämmung von Außenwänden
durch Polystyrol-Harts haumplatten mit Kunstharzputz
Forschungsauftrag B I 5 - 8o ol 76 - 21
durchgeführt
in der Außenstelle Holzkirchen
des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik
im Auftrag des
Bundesministeriums für Raumordnung,
Bauwesen und Städtebau
Holzkirchen, den 2. November 1981
Sachbearbeiter: Leiter der Außenstelle: Insti 14sleiter/;
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i.4.040404404,404
Ing. P. Bernhardt
Dr.-Ing. H. Künzel
Prof.Dr.F.P.Mechel
Fraunhofer-Institut für Bauphysik
art
AUSSENSTELLE HOLZKIRCHEN
Amtlich anerkannte Prüfstelle für die Zulassung neuer Baustoffe, Bauteile und Bauarten
Institutsleiter: Prof. Dr. F. P. Mechel
B Ho 1o/81
Außenseitige Wärmedämmung von Außenwänden durch
Pol stvrol-Hartschaumplatten mit Kunstharzputz
1. Kenntnisstand und Ziel der Untersuchungen
2. Verformungen und Spannungen (Gebäude und Bauteile)
2.1 Allgemeines
2.2 Fugenbewegungen bei einem Gebäude aus vorgefertigten Wandelementen
2.3 Außenputz auf Mauerwerk
2.4 Außenputz auf weichen Wärmedämmschichten Wärmeddmm-Verbundsysteme
3. Untersuchungen an Wärmedämm -Verbundsystemen
3.1 Thermische Verformung von Dämmplatten und Putz Laboruntersuchungen
3.2 Verformun g des Putzes bei unterschiedlicher
Einspannung
Verformbarkeit von Kunstharzbeschichtungen
4. Zusammenfassung und Folgerungen
5. Literaturhinweise
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der Fraunhofer-Gesellschaft
Blatt .....
Außenseitige Wärmedämmung von Außenwänden durch
Polystyrol-Hartschaumplatten mit Kunstharzputz
1. Kenntnisstand und Ziel der Untersuchungen
Auf Außenwände mittels eines Klebemörtels aufgebrachte
Wärmedämmplatten, die anschließend mit einem armierten
Außenputz versehen werden - sog. Wärmedämm-Verbundsysteme
oder Thermohaut -Systeme - werden seit nunmehr etwa 20
Jahren ausgeführt, zunächst im Industriebau und später
auch im Wohnungsbau. Mit der Notwendigkeit der Ener g ieeinsparung hat diese Methode neben anderen Möglichkeiten einer erhöhten Wärmedämmung von Außenwänden zunehmende Anwendung gefunden. Anfängliche Skepsis bezog sich auf die Verletzbarkeit der als Außenschicht
überwiegend verwendeten dünnen Kunstharzputze und auf
die dauerhafte Funktionsfähigkeit dieser Putze in Anbetracht deren großer thermischer Beanspruchung auf dem
hochdämmenden Untergrund.
Die Entwicklung dieser Wärmedämm-Verbundsysteme erfolgte
empirisch, wie es häufig im Bauwesen der Fall ist. Aus
Schäden infolge ungeeigneter Kombinationen zwischen Dämmstoff, Putz und Armierung sowie falscher Detailausbildungen entstanden in der weiteren Entwicklung brauchbare
Systeme [1],und die Aufgabe der Forschung ist es nun,
aus den Eigenschaften der bewährten Systeme die wesentlichen Eigenschaften und Kenngrößen herauszufinden, die
für eine objektive Beurteilung dieser Art von Dämmsystemen wesentlich ist. Die Kenntnis dieser Eigenschaften
kann dann zu einer Optimierung der Dämmsysteme und damit
zu einer Qualitätsverbesserung führen.
iNSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Gesellschaft
Blatt ... ..
Bisher in kleinerem Umfang durchgeführte Untersuchungen, die mehr als orientierende Untersuchungen zu bezeichnen sind, betrafen hauptsächlich Messungen über
die thermische Beanspruchung der Putze auf den Wärmedämmplatten sowie Beobachtungen über Rißbildungen und
Messungen und Überlegungen über Formänderungen und Spannungsverhältnisse, insbesondere im Bereich der Dämmplatten-Stöße [2, 3, 4].
Einige Ergebnisse der bereits durchgeführten Untersuchungen sind in den Bildern 1 bis 4 enthalten. Typische
Schäden, die bei Thermohaut-Dämmsystemen auftreten können,
sind Risse im Kunstharzputz längs der Dämmplatten -Stöße.
Derartige Risse entstehen auf Grund hoher Zugsbannungen.
die in der Abkühlphase bei raschem Temperaturabfall auftreten können (Bild 1). Der rasche Temperaturabfall,
wie auch ein rascher Temperaturanstieg, ist durch die
hohe Wärmedämmung und die geringe Wärmekapazität der
Dämmplatten bedingt. Bei weniger wärmedämmenden Untergründen mit größerer Rohdichte ist die thermische Beanspruchung des Außenputzes geringer (Bild 2). Hinsichtlich der Wandorientierung sind Westwände wegen des raschen Temp eraturabfalls nach der maximalen Erwärmung
am späten Nachmittag als am kritischsten zu bewerten.
Bei Ostwänden erfolgt die Erwärmung rasch, aber die Abkühlung sehr langsam (Bild 3). Eine schnelle Erwärmung•
mit auftretenden Druckspannungen in der Außenschicht
ist aber allgemein für Baustoffe weni ger kritisch. Bekannt ist auch der Einfluß der Farbe auf die Oberflächentemperaturen der Außenwände bei Besonnung. Bild 4 zeigt
die maximale Ubertemperatur von Kunstharzputzen auf Polystyrol-Hartschaumplatten gegenüber der Außenlufttemperatur in Abhängi g keit von der Sonneneinstrahlung. Helle
Farben der Außenputze sind speziell bei Wärmedämm-Verbundsystemen zu empfehlen.
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
Blatt
derFraunhofer-Geselischaft
Aus der Erkenntnis heraus, daß besonders das Verhalten
von Putzen auf Wärmedämmstoffen in der Abkühlphase als
kritisch zu betrachten ist und daher als kennzeichnend
für die Beurteilung derartiger Dämmsysteme gelten kann,
war vorgesehen, hauptsächlich Untersuchun gen an Proben
verschiedener handelsüblicher Wärmedämm-Verbundsysteme
auf Betonplatten bei definierter und variabler Abkühlung
im Labor durchzuführen,um die"Belastbarkeit" der einzelnen Systeme zu ermitteln und zu vergleichen (Probengröße
150 cm x 150 cm, Temperaturänderungen zwischen 50°C und
-25°C). Vorversuche zeigten aber, daß die bei solchen
Laborversuchen auftretenden Verformungen und Spannungen nicht re p räsentativ sind für die Verhältnisse bei
Gebäuden mit anderen Randbedingungen und Einspannverhältnissen. Trotzdem gaben derartige Versuche Hinweise über den Verformungsmechanismus bei Thermohaut -Dämmsystemen, wie später noch aus geführt wird.
Als notwendig erwiesen sich aber zunächst allgemeine
Uberlegungen und Ermittlungen über die Verhältnisse
der Verformungen und Spannun g en bei Gebäuden und einzelnen Bauteilen, die in Abschnitt 2 beschrieben werden. In Abschnitt 3 wird über Labor- und Freilanduntersuchungen an Wärmedämm-Verbundsystemen berichtet, die
dann in Verbindung mit allgemeinen Überlegungen zu
den Folgerungen in Abschnitt 4 führen.
1
Blatt . .
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2. Verformungen und Spannungen (Gebäude und Bauteile)
2.1 Allgemeines
Abschätzungen dber zu erwartende thermische Spannungen
erfolgen bisher meist auf Grund des Wärmedehnkoeffizienten a des Baustoffes, der Längenabmessung 1 des Bauteils und der Temperaturdifferenz A ,3 Lz.B.51. Daraus
ergibt sich die Längenänderung Al bei freier Beweglicht des Bauteils zu:
a
Al
I
AA
(1)
1st diese Längenänderung wegen Einspannung nicht möglich oder nur zu einem Teil, weil das angrenzende Bauteil einen anderen Wärmedehnkoeffizienten aufweist oder
eine andere Temperaturänderung erfährt, dann wird die
in den aneinandergrenzenden Bauteilen entstehende Spannung a nach dem Hooke'schen Gesetz unter Zugrundelegung
der errechneten Differenz der Längenänderungen der beiden Teile All und des Elasti itdtsmoduis E berechnet:
cy
All
(2)
Rybicki [5] stellt bei einer Beispielrechnung - wie
leicht nachzuvollziehen - fest, daß hiernach ungeheuere
Kräfte auftreten und daß man "ihre Entstehung verhindern bzw. ihnen ausweichen muß". Diese Forderun g ist aber
in der Praxis wohl schwer zu realisieren. Die Konsequenz
wird vielmehr sein, daß die einfache Näherungsbetrachtung
nicht zutreffend ist.
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der Fraunhofer-Gesellschaft
Blatt ........
Dafür gibt es verschiedene Gründe: Einmal werden Spannungen durch Relaxation und Kriechen abgebaut, zum anderen wirken langfristigenTemperaturverformungen jahreszeitlich bedingte Schwindverformungen entgegen. Schließlich sind selten isotherme Verhältnisse vorhanden, die
lineare Temperaturdehnungen zur Folge haben, sondern meist
ungleiche und instationäre Temperaturverhältnisse über
einen Bauteil q uerschnitt, die Biegeverformungen bzw.
-spannungen verursachen.
Über die zulässigen Größen von Verformungen als notwendige Voraussetzung für Beurteilungen in diesem Zusammenhang macht Pfefferkorn folgende treffende üußerung [6]:
"Die Festlegun g zulässi g er Größen für Verformungen, bei
denen noch keine schädlichen Risse zu erwarten sind, ist
außerordentlich schwierig. Das Problem beginnt schon mit
der Frage, was von Fall zu Fall ein schädlicher Riß ist,
und endet mit unseren noch immer recht bescheidenen Kenntnissen über die weitstreuende Verformungsfähigkeit von
Mauerwerk bis zum Bruch." Diese speziell im Hinblick
auf die Verhältnisse bei Dachdecken auf Mauerwerk formulierte Aussage kann im Prinzip auf alle Verformungsund Spannungsprobleme übertragen werden.
2.2 Fugenbewegungen bei einem Gebäude aus vorgefertigten
Wandelementen
Die im folgenden beschriebenen Untersuchungsergebnisse
sollen als Beispiel mögliche kurzfristi g und langfristig
auftretende Verformungen bei verputzten Außenwänden erläutern. Daß die Untersuchungen an einem achtgeschossigen Wohngebäude mit Außenwänden aus tragenden, vorgefertigten Ziegel-Wandelementen durchgeführt worden sind, spielt
keine grundsätzliche Rolle. Die an der Außenoberfläche gemessenen ünderungen der Breite der vertikalen Fugen zwischen
den Wandelementen sind gegensinning zu den Verformungen der
äußeren Wandschichten und l ssen daher auf die Formänderungen
der Außenwände schließen. Die Wände (Vergußtafein) bestan-
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der Fraunhofer-Gesellschaft
7
BiatL± .....
den aus Deckenziegein nach DIN 4159, die ihren Zusammenhalt durch Verguß der Ziegelaussparungen mit
Leichtbeton erhielten. Die Innen- und Außenoberflächen der Wandelemente waren verputzt. Insofern können die Ergebnisse in gewissem Sinn als repräsentativ
für verputztes Ziegelmauerwerk betrachtet werden, mit
dem meßtechnischen Vorteil, daß aus den einfach zu ermittelnden Anderungen der Fu g enbreiten auf die Formänderungen der äußeren Wandschicht geschlossen werden
kann. Wie zu erkennen sein wird, sind far die vorliegende Fragestellung die Absolutwerte weniger von Interesse als die Relativwerte zwischen dem Erdgeschoß
und dem obersten Geschoß,sowie die tapes- and jahreszeitlichen Anderungen [7].
Bei der Erwärmung einer Außenwand von außen (Besonnung)
wird das Ausdehnungsbestreben der äußeren Wandschicht
durch di o zunächst noch kühleren Innenschichten gehemmt.
Bei der späteren Wiederabkühlung wird die Kontraktion
der Außenschicht durch die inzwischen wärmeren Innenschichten g ebremst. Daher ergibt sich beim Aufzeichnen der an der Wandoberfläche gemessenen Verformung in
Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur eine sog.
Hvsteresekurve [8,9]. Eine entsprechende, gegensinnig
verlaufende Hysteresekurve ergibt sich naturgemäß auch
bei der Darstellung der Anderung der Fugenbreite in
Abhängigkeit von der Wandoberflächentem p eratur, wie
aus Bild 5 zu ersehen ist. Durch dieses Bild soll gezeigt werden, daß die Fugenbewegung im 7. Obergeschoß
größer ist als im Erdgeschoß. Nimmt man die in Bild 5
voll gezeichneten mittleren Geraden als kennzeichnend für die Bewegung der Fu gen, dann ergibt sich
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der Fraunhofer-Gesellschaft
Blatt auf Grund von Messungen an verschiedenen Stellen an
der Ost- und Westseite des Gebäudes, daß die Fugenbewegung im Erdgeschoß etwa um 4o% kleiner ist als im
obersten Geschoß. Dies ist durch die von der Gebäudehöhe
abhängige unterschiedliche lotrechte Auflast bedingt, die
eine unterschiedlich g roße Querdehnung bzw. Druckvorspannun g zur Folge hat. Diese Druckvors1Dannung überlagert sich
mit der durch die Besonnung bedingten thermischen Eigenspannung. Deshalb ist die daraus resultierende Verformung
der äußeren Wandschicht bzw. der Fugen zwischen den einzelnen vorgefertigten Vergußtafein von der Gebäudehöhe
abhängig.
Eine weitere Erkenntnis war aus den Untersuchungen zu
gewinnen: Aus lan g fristigen Registrierungen wurden die
mittleren 2i.nderungen der Fugenbreite an sonnigen Tagen
verschiedener Jahreszeiten aufgezeichnet (Bild
Wäre die Temperatur die einzige Einflußgröße für die
Fugenbewegung, dann müßten die an verschiedenen Tagen
gewonnenen Geraden sich decken oder aneinander anschließen.
Tatsächlich sind aber die Geraden um so mehr ge g eneinander verschoben, je größer der zeitliche Unterschied
der Meßzeitpunkte ist. Hieraus folgt, daß langfristig
außer der Temperatur noch ein weiterer Einfluß vorhanden ist, der sich auf die Fugenbreite auswirkt.
Entnimmt man von den einzelnen Meßtagen in Bild 6 die
Fugenbreite für eine bestimmte Temperatur (ggf. durch
Extrapolation) und trägt man diese Werte in Abhängi keit von der Zeit auf, dann erhält man den in Bild
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derFraunhofer-GeseHschaft
Satt für eine Temperatur von 20°C geltenden Zusammenhang.
Dies bedeutet, daß die Fugenbreite - unabhängig von
der Temperatur - im Winter kleiner wird und im Sommer
größer. Als Ursache kommt Quellen des Außenputzes und
der äußeren Vergußbetonschicht im Winter und Schwinden
im Sommer in Frage. Dies ist bedingt durch Unterschiede der langfristigen Mittelwerte der relativen Außenluftfeuchte (im Winter ca. 85 %, im Sommer ca. 75 %)'.
Im Prinzip ist dieses Ergebnis übertragbar auf andere
Mauerwerksarten, insbesondere auf Mauerwerk aus zementgebundenen Steinen.
Die thermisch und hygrisch bedingten FUgenänderungen
(bzw. Wandarverformungen) verlaufen gegensinnig: Im Winter wird die thermische Kontraktion durch das Quellen reduziert und der thermischen Expansion im Sommer
wirkt das Schwinden entgegen. Die Fu genbewe g ungen (bzw.
Wandverformungen) sind somit im Laufe eines Jahres kleiner als sie allein auf Grund der thermischen Einflüsse
zu erwarten wären. So kommt es, daß im vorliegenden
Beispiel im Verlauf eines Tages eine Fugenbewegung von
0.4 mm auftritt und im Verlauf eines ganzen Jahres nur eine
von o.55 mm (siehe Bild 6). Ohne Quell- und Schwindvorgänge würde die jährliche Fugenbewegung 0.8 mm betragen,
wie durch Extrapolation zur ermitteln ist.
Aus diesen Untersuchungsergebnissen sind folgende Erkenntnisse abzuleiten:
a) Einzelne Bauteile oder Schichten von Bauteilen (z.B.
Putz auf Mauerwerk) sind in der Praxis immer mehr
oder weniger eingespannt und damit nicht frei verform-
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der Fraunhofer-Geselischaft
Watt
10
bar entsprechend ihren thermischen oder hygrischen
Verformungseigenschaften (Wärmedehnkoeffizient,
Schwindmaß).
b) Bei Baustoffen, die quellen und schwinden, ist die
dadurch bedingte hygrische Verformung gegenüber der
thermischen Verformung nicht zu vernachlässigen.
Langzeitig - zwischen Sommer und Winter - wirkt die
hygrische Verformung der thermischen Verformung entgegen.
Im allgemeinen ist es daher sicher eine zu große Vereinfachung, wenn man thermische Formänderungen von Bauteilen auf Grund des Wärmedehnkoeffizienten des Materials
und der maximalen Sommertemperatur und minimalen Wintertemperatur beurteilt.
2.3 Außenputz auf Mauerwerk
Es gibt eine alte Handwerksregel, die besagt, daß die
Festigkeit der einzelnen Schichten eines Putzes vom
Putz g rund nach außen abnehmen soll. Diese Regel wurde
sinngemäß auch in die Putznormen aufgenommen. In DIN 18550,
Ausgabe 1967 [10] heißt es: "Grundsätzlich gilt, daß der
Unterputz mindestens die gleiche Festigkeit haben muß
wie der Oberputz." Differenzierter ist dies in der Neufassung der DIN 18 550 [E], Ausgabe 1979 ausgedrückt [11].
.Danach soll die Festigkeit des Oberputzes geringer sein
als die Festigkeit des Unterputzes oder beide Putzlagen
sollen gleich fest sein. Weiter heißt es: "Bei der Festi gkeitsabstufung zwischen dem Putzgrund und dem Unterputz
ist diese Re gel sinngemäß anzuwenden. Ausnahmen bilden
Kellerwand-Außenputz und Sockelputz. In begründeten Fällen kann ein Putzsystem gewählt werden, das von den vorstehenden Grundsätzen abweicht." Als solche "begründete
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der Fraunhofer—Gesellschaft
Blatt 11
Fälle" sind zum Beispiel das Verputzen von Holzwolleleichtbauplatten anzusehen, das in DIN 1102 geregelt
ist oder Wärmedämmputze, die aus einem weichen, wärmedämmenden Unterputz und einem härteren Oberputz
bestehen und einer Zulassun g bedürfen.
Die genannten Ausnahmen, die erfahrungsgemäß bei richti ger Ausführung zu keinenSchäden in der Praxis führen,
lassen Zweifel aufkommen, ob die alte Handwerksregel
überhaupt richtig ist bzw. richtig interpretiert wird.
Hierzu die folgenden Uberlegungen:
In jeder nicht einges p annten, homogenen Außenwand treten unter dem Einfluß instationärer Temp eratureinwirkurgen (z. B. Tag- und Nacht-Temp eraturdifferenzen) thermische Eigenspannungen auf. Wie leicht einzusehen
und durch theoretische Untersuchungen von Gertis bestdtigt 91, treten die größten Spannungen an den Wand7
oberflächen und hier wiederum an den Außenoberflächen
auf, an denen auch infolge Besonnung die größten Temperaturschwankungen zu verzeichnen sind. Dies ist die
Ursache dafür, daß auch bei homogenen mineralischen
Stoffen mit großer Festigkeit Oberflächenrisse infolge
thermischer Eigenspannungen entstehen. Ein Beispiel
dafür ist die Zerstörung von Urgestein und Sedimentgestein im Hochgebirge. Ausgehend von Oberflächenrissen
infolge extremer instationärer Temperaturwechselbeanspruchung entsteht durch die zusätzliche Einwirkung
von Wasser und Frost der Abbau der härtesten Gesteine .
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Gesellschaft
BUtt
Reduziert werden könnten die thermischen Eigenspannungen an der Außenoberfläche dadurch, wenn der Wärmedehnkoeffizient eines Körpers - konkret einer Außenwand von innen nach außen abnehmen würde,und zwar entsprechend der Zunahme der Temperaturschwankungen von innen
nach außen. Dann würden bei instationären Wärmeeinwirkungen kleinere Spannungsunterschiede im Wandquerschnitt
auftreten. *) Die kleineren Spannun g sunterschiede in
Richtung des Temperaturgradienten hätten kleinere Scherkräfte zur Folge. Dies würde bei geschichteten Stoffen wie Mauerwerk mit Putz - das Ablösen einzelner Schichten
bei gerin ger Haftfestigkeit zwischen den Schichten reduzieren.
Von diesem Gesichtspunkt aus wäre bei Außenputzen die
Forderung sinnvoll, daß der Wärmedehnkoeffizient des
Oberputzes kleiner ist als der des Unterputzes bzw. des
Putzgrundes. Über die Wärmedehnkoeffizieten von Putzen
liegen keine s y stematischen Untersuchungen vor. Vermutlich hat aber ein harter zementreicher Putz als Unterputz einen größeren Wärmedehnkoeffizienten als ein weicherer Kalkputz als Oberputz. Gleiches gilt bekanntermaßen für den Elastizitätsmodul, der in diesem Zusammenhang ebenfalls zu beachten ist. Dadurch wäre die alte
Handwerksregel über die Forderung eines Festi gkeitsgeEs wäre zu überprüfen, ob dieses Prinzip in der or g anischen Natur verifiziert ist, nämlich bei den Bäumen.
Vielleicht hat das weichere äußere Splintholz der Baumstämme einen kleineren Wärmedehnkoeffizienten als das
härtere, innere Kernholz? Allerdings sind hierbei auch
Quell- und Schwindvorgän ge zu berücksichtigen.
12
.......
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
Blatt
13
der Fraunhofer-Gesellschaft
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les des Putzes nach außen physikalisch begründbar.
Diese Regel stammt aber sicher aus einer Zeit, in der
es die Vielfalt von Baustoffen, Bindemitteln und Putzarten wie heute nicht gab. Man darf annehmen, daß Vollziegel, Naturstein und Sumpfkalkmörtel die hauptsächlichen mineralischen Baustoffe waren. Bei den daraus hergestellten Außenwänden mit hoher Wärmeleitfähigkeit und
Wärmekapazität, also geringem Wärmestau, traten Fragen
der thermischen Beanspruchung kaum auf. Es ist daher
zu vermuten, daß die Regel über den Putzaufbau auf andere praktische Erfahrungen zurückgeht.
Der einzige bisher gefundene Hinweis über den Putzaufbau stammt aus einer Enzyklopädie der bürgerlichen Baukunst des Jahres 1794 [12], in der zwischen einem starken und einem schwachen Bewurf unterschieden wird mit
folgenden Mischungsverhältnissen:
Starker Bewurf: 2 Teile Kalk,1 Teil Sand
Schwacher Bewurf: 1 Teil Kalk, 2 Teile Sand
Beide Schichten wurden als Spritzbewurf mit einem Besen
aufgebracht. Bei "schlechten Gebäuden ist der starke Bewurf genug, bei anderen hingegen setzt man den schwächeren
Bewurf darauf" (Zitat aus [12 ] ).
Hier wird also von zwei Bewürfen oder Lagen gesprochen,
wobei die erste Lage wesentlich mehr Kalk enthält als
die zweite. Als Grund für diesen Aufbau erscheint folgende Erklärung plausibel: Fetter Luftkalkmörtel braucht
bei größeren Dicken relativ lange Zeit, um über die gesamte Dicke zu karbonatisieren und damit zu erhärten. Des-
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derFraunhofer-GeseHschaft
Blatt halb wurde - wenn dickere Putzschichten erwünscht waren (bei"besseren" Gebäuden) - die zweite Putzlage magerer ausgeführt. Durch den größeren Sandzuschlag wurde diese Lage poröser und ermöglichte durch Eindringen
von Kohlendioxyd ein rascheres Karbonatisieren der unteren Lage. Aus "bindemitteireich" und "bindemittelarm",
Eigenschaften, die bei Sumpfkalkmörtel den Zeitverlauf
der Erhärtung entscheidend beeinflussen, wurden später bei Verwendung anderer Bindemittel - die Eigenschaften
"hart" und "weich". So ist es erklärlich, daß aus der
Überlieferung ein Festigkeitsgefälle vom Putzgrund nach
außen gefordert wird, wogegen physikalisch begründbar
einGefälle des Wärmedehnkoeffizienten und Elastizitätsmoduls zu fordern wäre.
Über die bei Schichtkonstruktionen mit "annähernd starrem"
Verbund - wie z. B. verputztes Mauerwerk oder Mauerwerk
mit Belägen aus keramischen Spaltplatten - wegen der unterschiedlichen Verformungseigenschaften der einzelnen
Schichten auftretenden Schubspannungen in den Kontaktebenen
hat Pilny in den sechziger Jahren ein gehende Untersuchungen
durchgeführt (z. B. [13, 14]). Er hat auf Grand dieser Untersuchungen darauf hingewiesen, daß innerhalb einer durch
Dehnungsfugen abgesetzten Wandfläche die im Mittelfeld
der Wand auftretenden Spannun g en unabhängi g von den
Wandabmessungen sind. Lediglich im Randbereich - nahe der
Dehnungsfu g en - treten Spannungsspitzen auf. Das Anordnen vieler Dehnungsfugen bewirkt daher eine Vergrößerung
der schubbeanspruchten Flächenanteile. Dehnungsfugen führen somit bei starrem Verbund nicht zu einer Verminderung
der Spannungen. Der einzige Vorteil von Dehnungsfugen ist,
daß örtlich vorhandene Mängel der Haftfestigkeit und dadurch entstandene Schäden auf den durch die Fugen getrennten Flächenbereich be g renzt werden.
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
derFraunhofer-Gesell5chaft
Bait Diese grundsätzlichen Überlegungen über den Putzaufbau
beim unmittelbaren Verputzen von Mauerwerk und die zu
erwartenden Spannungsverhältnisse sind wichtig im Vergleich zu den andersartigen Verhältnissen beim Verputzen
von weichen Untergründen, wie Wärmedämmstoffe.
2.4 AuBenpuL,, auf weichen Wärmedämmschichten - Wärmedämm7Verbundsysteme
Bei Außenwänden aus einer tragenden Schicht und einer
außenseitigen Wärmedänmschicht mit Putz treten g rundsätzlich andere Temperaturverhältnisse zwischen Tag und Nacht
sowie zwischen Sommer und Winter auf wie bei homogenen
Wänden (siehe schematische Darstellung in Bild 8). Bei
Außendämmung schützt die Wärrnedämmschicht die tragende
Konstruktion vor g roßen Temp eraturschwankungen,dafür ist
aber die thermische Beanspruchung des Außenputzes um so
größer. Je nach dem Elastizitätsmodul ("Weichheit") der
Dämmschicht wird der Außenputz von der tragenden Wandschicht mehr oder weniger "entkoppelt". Auftretende Verformungen bzw. Spannungen hängen von der "Anpassung" zwischen Außenputz und Dämmstoff ab. Den Spannungen bzw.
Verformungen im unmittelbaren Bereich der DämmplattenFugen kommt dabei besondere Bedeutung zu.
Die im Zusammenhang mit Wärmedämm-Verbundsystemen auftretende Problemstellung hinsichtlich des Putzes unterscheidet sich g rundsätzlich von der Problemsteilung
im Zusammenhang mit dem Putz auf Mauerwerk bei starrem
Verbund.
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Geseilschaft
Blatt ....
3. Untersuchungen an Wärmedämm-Verbunds Sternen
3.1 Thermische Verformung von Dämmplatten und Putz Laboruntersuchungen
Um die Formänderungen im Bereich der Wärmedämmplatten
und Fugen von Wärmedämm-Verbundsystemen in Abhängigkeit
von Temperaturänderungen zu erfassen, wurde eine spezielle Versuchseinrichtung gebaut. Das Meßprinzip und
der Versuchsablauf werden durch die schematische Darstellung und die Beschreibung in Bild 9 erläutert. Die
Bilder 10 bis 12 g eben durch Fotos der Versuchseinrichtung weitere Erläuterungen.
Mit Hilfe dieser Versuchseinrichtung wurden Messungen
die Formänderungen bei Temperatur-Wechselbeanspruchung von Polystyrol-Hartschaumplatten unterschiedlicher Rohdichte ohne und mit Beschichtung durch einen
über
armierten Kunstharzputz durchgeführt. Zum Vergleich erfolgten Messungen über die Formänderungen eines mineralischen Putzes auf Polystyrol-Hartschaumplatten, dessen
Unterputz wie bei dem Kunstharzputz mit einem Glasfaserarmiert war. Die Ergebnisse sind in den
Bilder 13 bis 17 dargestellt und werden im folgenden erläutert.
Gittergewebe
Bei den unbeschichteten Polystyrol -Hartschaumplatten
(Bilder 13 und 15) tritt eine Längenänderung an der
Plattenoberfläche und eine Breitenänderung der Fugen
*)Beim Einbau (ca. 20 ° C) wurde eine Fugenbreite von ca.
1 mm vorgegeben, um eine ungehinderte Ausdehnung der
Platten bei Erwärmung zu ermöglichen.
iNSTITUT FÜR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Gesellschaft
auf, wie entsprechend den Temperaturänderungen zu erwarten. Die Formänderungen der Platte und der Fuge sind
jeweils etwa gleich groß und bei den weichen Dämmplatten mit 15 kg/m 3 Rohdichte größer als bei den Platten
mit 30 kg/1n 3 deren Elastizitätsmodul rund doppelt so
groß ist wie derjenige der leichteren Platten [3]. Die
Ursache für die gerin gere Verformung der Platten mit größerem Elastizitätsmodul ist auf den festen Verbund mit
der unterseitigen Betonplatte der Versuchskörper zurückzuführen, deren Temperatur durch die oberseitige Dämmschicht und in Anbetracht der relativ kurzfristigen Temperaturänderungen praktisch unverändert bleibt. Die thermische Verformung der den Temperaturänderungen unmittelbar aus g esetzten Oberflächen der Dämmplatten wird offensichtlich wegen der geringeren Schubspannunesübertragung
bei den leichteren Platten durch die starre Betonplatte
weniger beeinflußt als bei den s hwereren Dämmplatten.
Durch den Kunstharzputz mit armiertem Unterputz (Gesamtputzdicke etwa 4 mm) wird die thermische Bewegung im Be°
reich der Fugen stark reduziert , nämlich auf maximal etwa
0,2 mm bei einer Temperaturschwankung von rund 80 K
(siehe Bilder 14 und 16). Auffallend ist, daß die Formänderungen der verputzten Dämmplatten bei Temperaturerhöhung unverhältnismäßig kleiner sind als bei Absenkung der Temperatur auf -30°C. Ein ähnliches Verhalten,
jedoch weniger ausgeprägt, ist auch bei den unverputzten
Polystyrol-Hartschaumplatten zu bemerken. Dies deutet
auf eine temperaturabhängige Formänderung sowohl der Polystyrol-Hartschaumplatten als auch der Kunstharzputze
hin. Weiterhin ist festzustellen, daß bei beiden Rohdichten die durch Temperaturabsenkung bedingte thermische
Kontraktion bei den verputzten Dämmplatten größer ist
als bei den unverputzten Platten (vergleiche Bilder 14
und 16 mit den Bildern 13 und 15). Dies dürfte darauf
INST1TUT FOR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Geseilschaft
Blatt
zurückzuführen sein, daß bei abnehmender Temperatur die
Kontraktionskräfte der thermoplastischen Kunstharzputze
und der Polystyrol-Hartschaumplatten größer werden und
durch ihre Addition eine größere Verformung zur Folge haben als im Falle der unverputzten Dämmplatten.
Das unterschiedliche Verformungsverhalten des Kunstharzputzes im Vergleich zum mineralischen Putz geht
aus der Darstellung von Meßergebnissen bei Temperaturwechselbeanspruchung in Bild 17 hervor. im Gegensatz
zu der geringen Expansion des Kunstharzputzes bei Erwärmung und der starken Kontraktion bei Akühlung entsprechen beim mineralischen Putz Expansion und Kontraktion
der Größe der Temperaturänderungen, unabhängig von deren
Richtun g (Erwärmung oder Abkühlung). Außerdem ist aus
den Temperaturverläufen in Bild 17 die Wirkung der unterschiedlich großen Wärmespeicherfähigkeit eines 20 mm
dicken mineralischen Putzes und eines 4 mm dicken Kunstharzputzes zu erkennen. Bei gleichen vorgegebenen Lufttemperaturen in der Erwärmungs- und Abkühlungsphase verlaufen die Temperaturänderungen beim Kunstharzputz wesentlich rascher als beim mineralischen Putz.
Wie bereits in Abschnitt 2.2 ausgeführt, ergibt bei einseitiger Wärmeeinwirkung die Aufzeichnung der Längenänderung an einer Bauteiloberfläche in Abhängigkeit von der
Oberflächentemperatur eine Hysteresekurve. Eine durch diese Kurve gelegte mittlere Gerade entspricht bei einer
plattenförmigen Probe eines homogenen Materials annähernd
dem Wärmedehnkoeffizienten des Materials [8, 9]. Dies
ist bei Schichtkonstruktionen, wie sie die hier behandelten Warmedämmverbundsysteme darstellen, nicht zu erwarten. Die aus Hysteresekurven gewonnenen mittleren Ge-
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
derFraunhofer-Gesellschaft
aatt 19
raden sind in diesem Fall kennzeichnend für die Verformung des Außenputzes als Folge der Wechseiwirkunu zwischen Putz, Dämmstoff und Untergrund (hier Betonplatte)
bei der gegebenen Temperaturbeanspruchung. Der aus der
Steigung der Geraden ermittelte Koeffizient Al/(10-A)
wird im folgenden als Verformungskoeffizient a bezeichnet im Gegensatz zum Wärmedehnkoeffizienten u, der eine
Stoffeigenschaft ist. Im Verformungskoeffizienten a' kommen neben den Stoffeigenschaften die ira Einzelfall gegebenen Fins p annbedingungen (Zwangskräfte) zur Auswirkung.
Derartige H y steresekurven sind in den Bildern 18 bis 21
aufgezeichnet auf Grund der in den Bildern 14, 16 und 17
dargestellten Zeitverläufe der Oberflächentemperaturen
und Längenänderungen, ergänzt durch die Ergebnisse im
Falle von Polystyrol-Hartschaumplatten mit Rohdichte
3
23 kg/m und dem gleichen Kunstharzputz wie in den übrigen Fällen.
Das bereits aus den voran g egangenen Darstellungen ersichtliche unterschiedliche Verformungsverhalten des Kunstharzputzes bei hohen und niedrigen Temperaturen wird durch
die Hysteresekurven verdeutlicht: Bei Temperaturen von
über etwa 10 0 C ist der Verformungskoeffizient kleiner
als bei tieferen Temp eraturen. Dieser Unterschied ist
bei Hartschaumplatten der Rohdichte 15 kg/m 3 besonders
ausgeprägt (Bild 18). Hier zeigt sich ein deutlicher
Knick in der Hysteresekurve. Bei Temperaturen zwischen
20C und 50 `'C beträgt der Verformungskoeffizient
0
-6 K-1; bei Temperaturen unter 0C
a' = 6 - 10
dagegen
-1
-6
das Vierfache (a' = 24 - 10
K ). Mit zunehmender Rohdichte des Polystyrol-Hartschaums nehmen die Unterschiede der Verformungskoeffizienten des Kunstharzputzes bei
hohen und tiefen Temperaturen ab, wie aus einem Vergleich
der Bilder 18, 19 und 20 ersichtlich ist.
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-GeseHschaft
51,t
20
Dies ist durch das Zusammenwirken der temperaturabhängigen Verformungseigenschaften von Kunstharzputz und Polystyrol-Hartschaumplatten bedingt in Verbindung mit einer
mit dem Elastizitätsmodul der Dämmplatten zunehmenden
Koppelung mit dem thermisch unbeweglichen Grundmaterial
Beton. Eine genauere Analyse dieser komplexen Zusammenhänge
erfordert die Kenntnis der Wärmedehnkoeffizienten und
der temperaturabhängigen Elastizitätsmodule sowohl der
Hartschaumplatten als auch des Kunstharzputzes sowie der
zeitabhängigen Tem p eraturanderungen im Gesamtsystem.
Im Gegensatz zu dem Kunstharzputz zeigt der mineralische Putz auf Polystvrol-Hartschaum keine von der Temperatur abhängige, unterschiedliche Verformung. Wie aus
Bild 21 zu ersehen, ist der Verformungskoeffizient im
ganzen Temperaturbereich zwischen -30 0 C und 60 0 C gleich.
Mit einem Wert von a' = 9,5 10 -6 K -1 dürfte der unter
den gegebenen Randbedingungen ermittelte Verformungskoeffizient dem Wärmedehnkoeffizienten des mineralischen
Putzes praktisch gleichkommen. Bei der gegebenen Probenabmessung und den Versuchsbedingun g en konnte sich der
mineralische Putz offensichtlich frei verformen ohne Beeinflussung durch Zwan g skräfte auf Grund des Haftverbundes mit den Polystyrol-Hartschaumplatten und der unterseitigen Betonplatte. Dies ist auf Grund des großen Elastizitätsmoduls des mineralischen Putzes im Vergleich
zum Kunstharzputz verständlich. Verständlich ist daher
auch, daß bei der ausgeprägten großen thermischen Wechselbeanspruchung keine Schäden beim mineralischen Putz
aufgetreten sind. Daher wurden ergänzend Messungen über
die Verformung von Putzen auf Polystyrol-Hartschaumplatten an Wänden von Versuchshäusern in Holzflächen durchgeführt , die im folgenden Abschnitt beschrieben werden.
-
NSTil LJT FOR BAUPHYSIK
91
Blatt:7 ...
der Fraunhofer-Geselischaft
3.2 Verformung des Putzes bei unterschiedlicher Behinderung
An Gebäuden treten durch die größeren Außenwandabmessungen und die Eckverbindungen für einen Außenputz andere
Behinderungen und damit andere Zwangskräfte auf wie an
Versuchsflächen begrenzter Abmessungen (hier: 1,5 m x
1,5 m). Dies gilt insbesondere für Putze auf nachgiebigem
Unter g rund, wie es bei Thermohaut -Systemen der Fall ist.
Trotz des kleinen Elastizitätsmoduls nLt.. bei weichen Dämmplatten mit zunehmenden Flächenabmessung die Behinderung
für Außenputze auf Dämmstoffen zu und damit die auf den
Putz übert agenen Zwangskräfte. Je besser die Verformbarkeit eines Außenputzes ist, desto kleiner ist die Gefahr
des Auftretens von Putzschäden als Fol g e der übertragenen
Zwangskräfte.
Um die Verformung der Außenputze in Abhängigkeit von
der Flächenabmessung zu erfassen, wurden Messungen an unterschiedlich großen Putzflächen an Versuchshäusern mit
Außendämmung durch Thermohaut-Systeme durchgeführt® Gemessen wurde die Temperatur und Längenänderung von
Putzflächen mit Abmessungen von 1 m, 2 in und 3 in bei natürlichem Tagestemperaturverlauf mit Besonnung. Bei den
unterschiedlichen Meßlängen waren Putze und Dämmplatten
bis auf das Mauerwerk von den angrenzenden Wandflächen getrennt. Aus den re gistrierten Zeitverläufen der Oberflächentemperatur und Verformung der Putze wurden die
Hysteresekurven aufgetragen - wie oben beschrieben - und
daraus die Verformungskoeffizienten ermittelt. Die in
Bild 22 dargestellten Ergebnisse lassen folgendes erkennen.
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraunhoter-Gesellschatt
Blau -
Der Verformungskoeffizient des Kunstharzputzes nimmt
mit zunehmender Meßlänge ab. Auf die stärkere Behinderung mit zunehmender Meßlänge "reagiert" somit dieser
Putz durch eine geringere Verformung. Bei dem mineralischen Putz ist die Verformung insgesamt größer und die
Abnahme des Verformungskoeffizienten mit zunehmender Meßlänge wesentlich kleiner. Dies bedeutet, daß bei größeren
Abmessungen zunehmende Zwangsspannungen im Putz auftreten,
die bei Festigkeitsüberschreitung zu Rissen führen.
Je größer die thermische Beanspruchung ist - abhängig von
r Wandorientierung und der Farbe der Fassade - und je
größer die Wandabmessungen sind, desto größer sollte die
Verformbarkeit des Außenputzes sein. Gegebenenfalls sind
Dehnungsfugen im Putz anzuordnen, die in diesem Fall bei nicht starrem Verbund zwischen Putz und Tragkonstruktion - eine grundsätzlich andere Aufgabe haben als bei
starrem Verbund. Sie müssen nämlich die nicht durch
Zwangskräfte zu verhindernde Verformung des Außenputzes
schadensfrei ermöglichen.
Die gerin gere Verformbarkeit von mineralischen Putzen
und die von den unterschiedlichen Flächenabmessungen in
einer Fassade abhängige unterschiedliche Behinderung ist
z.B. die Ursache für das Auftreten von Putzrissen im
Fassadenbereich von Fensterecken, wie Bild 23 zeigt:
Zwischen einzelnen Fenstern kann sich bei nicht starrem
Verbund mit dem Mauerwerk der Außenputz in horizontaler
Richtung leichter verformen (geringe Behinderung) als
in dem oberhalb und unterhalb der Fenster über die Fassadenbreite ohne Unterbrechung sich erstreckenden Bandes
(größere Behinderun g ). Dadurch können an den Grenzen zwischen
iNSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraenhofer7Gesellschaft
Bist, kleinen und großen Flächenbereichen, in denen unterschiedliche Verformungs- bzw. S p annungsverhältnisse gegeben sind,
Risse entstehen. Das Auftreten solcher Risse hängt von den
Flächenverhältnissen (Fassaden g liederung) ab, vom Grad
des Verbundes zwischen Putz und Mauerwerk entsprechend
dem Elastizitätsmodul des Dämmstoffes und vom S p annun g sDehnungs-Verhalten des Außenputzes. Zur Vermeidung solcher Risse sind eine geeignete Gliederung der Fassadenfläche durch Dehnungsfugen oder eine verstärkte Armierung des Putzes in den kritischen Bereichen zu erwägen.
3.3 Verformbarkeit von Kunstharzbeschichtungen
Die Ergebnisse von orientierenden Untersuchungen über
den Einfluß der Temperatur und der Zuggeschwindigkeit
auf den Elastizitätsmodul von Kunstharzbeschichtungen
bzw. -putzen sind in den Bildern 24 und 25 dargestellt.
Der Zusammenhang in Bild 24 stammt von Messungen an
Dispersionsbeschichtungen s p eziell für Gasbeton; der in
Bild 25 von zwei Kunstharz p utzen für Thermohaut-Svsteme.
Aus Bild 24 ist zu ersehen, wie der Elastizitätsmodul
mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dieses durch die
thermoplastische Eigenschaft von kunstharzgebundenen
Beschichtungen bedingte Verhalten erklärt die Abnahme
des Verformungskoeffizienten bei höherer Temperatur in
den Bildern 18 bis 20.
Die Zunahme des Elastizitätsmoduls mit größerer Zuggeschwindigkeit (Bild 25) bzw. eine damit verbundene Abnahme der
Bruchverformung g ibt eine Erklärung für die größere Rißgefahr
*)
bei rascher Abkühlung (siehe Bild 1) .
Systematische Untersuchungen über die genannten Abhän g igkeiten bei verschiedenen Kunstharzputzen sind nach Aufbau einer speziellen Prüfeinrichtung vorgesehen.
INSTITUT FOR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Geselischaft
4. Zusammenfassung und Folgerungen
Wärmedämm-Verbundsysteme oder Thermohaut-Dämmsysteme
gelten bei sachgemäßer Anwendung und Ausführung als
eine bewährte Maßnahme zur Erhöhung des Wärmeschutzes
von Außenwänden. Typische Schäden, die auftreten
können, sind Risse im Kunstharzputz längs der Damnplattenstöße. Derartige Risse entstehen beim Uberschreiten der Zugfestigkeit des Putzes in der Abkühlphase bei der Temperaturbeanspruchung in der
Praxis. In diesem Zusammenhang sind Meßergebnisse
über die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von
Kunstharzputzen von der Temperatur und der Verformungsgeschwindigkeit von Bedeutung: je niedriger die
Temperatur ist und je rascher die Verformun g erfolgt,
desto größer ist der E-Modul. Deshalb ist die Beanspruchung von Kunstharzputzen auch von den örtlichen
Klimaverhältnissen abhän g ig. Bei häufigem und raschem
Temperaturwechsel ist die Beanspruchung und damit das
Schadensrisiko größer als bei weniger rasch sich ändernden Klimabedingunuen.
Mit Hilfe einer speziellen Versuchsanordnung wurde das
Verhalten von Wärmedämm -Verbunds y stemen bei Temperaturwechselbeanspruchung zwischen 5o°C und -25°C geprüft.
Entsprecende Untersuchungen erfolgten auch an Wänden
Von Versuchshäusern bei natürlicher Temperaturwechsel- beans p ruchung. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen
in Verbindung mit grundsätzlichen Uberlegungen über
das Verformungs- und Spannungsverhalten von Putzen
auf verschiedenen Untergründen führten zu Folgerungen,
24
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tNSTiTUT FUR BALIPHYSIK
Riatt
?5
der Fraunhofer-Gesellscho.ft
die als Grundlage für weitere Untersuchungen und eberlegungen im Zusammenhang mit Außendämmsystemen verschiedener Art dienen können. Diese Folgerungen sind
nachstehend zusammengefaßt:
Der aus thermischen Einflüssen hervorgerufene Verformun g smechanismus ist bei mehrschichti g en Konstruktionen sehr
komplex. Er kann auf Grund der Wärmedehnkoeffizienten der
einzelnen Schichten auch nicht näherungsweise beschrieben
werden,
Bei Schichtkonstruktionen sind im Grundsatz zwei Arten
des Verbunds zwischen den einzelnen Schichten zu unterscheiden, der "starre Verbund" und der "nachgiebige Verbund". Beide Arten, zwischen denen es alle Übergänge gibt,
sind nur in den hypothetischen Grenzfällen wörtlich zu
nehmen. Praktisch ist unter starrem Verbund der Fall des
Mauerwerks mit mineralischem Putz oder des Mauerwerks mit
angemauerter keramischer Bekleidun g zu verstehen, unter
nachgiebigem Verbund der Fall der Wärmedämm-Verbundsysteme
mit leicht verformbaren Wärmedämmplatten (kleiner E-Modul).
Bei
sind die Spannuns t a r r e m V e r b u n d
gen im Mittelfeld eines Konstruktionselements und die
Randverformungen unabhängig von den Flächenabmessungen
des Elements. Die Handwerksregel, daß die Festigkeit
(richtiger WE rmedehnkoeffizient und Flastizitätsmodul)
vom Wandbaustoff über die Putzschichten nach außen abnehmen soll, gilt nur für den Fall des starren Verbundes.
Bei
nachgiebigen
Verbund
sind Verformungen und Spannungen abhängig von den Flächenabmessungen des Konstruktionselements. Je nachgiebiger der
Verbund bei Thermohaut-Systemen ist (je kleiner der E-Modul)
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Gesellschaft
Blatt der Dämmplatten), desto größere Anforderungen werden
an die Verformbarkeit des Außenputzes gestellt (die
ebenfalls in erster Linie durch den E-Modul zu beschreiben ist). Bei beiden Stoffen ist der Elastizitätsmodul
nicht als konstant, sondern als abhängig von der Temperatur und anderen Einflüssen zu betrachten (z. B. der
VerformungsgeschWindigkeit). Auch bei nachgiebigem Verbund müssen die Eigenschaften des Putzes und des Untergrundes (Wärmedämmplatte) aufeinander abgestimmt werden unter Beachtung der von Wandorientierung, Farbe und
Klimaverhältnissen abhängigen thermischen Beanspruchung
sowie den ban] ichen Behinderungen. So sind z B. le icht verformbare Kunstharzputze bei extremen Beanspruchungen
besser geei g net als mineralische Außenputze. Die Forderungen für eine "richtige" Abstimmung sind im Fall
der Wärmedämm -Verbunds y steme wesentlich komp lexer als im
Fall eines starren Verbundes (verputztes Mauerwerk).
Für eine Quantifizierung der Forderungen sind umfangreichere Untersuchungen notwendig als sie im Rahmen der
bisherigen Möglichkeiten erfolgen konnten. Kennzeichnende
Größen für die Beurteilung des Außenputzes bei beweglichem Verbund sind der Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Temperatur und der Wärmedehnkoeffizient.
Weiterhin sind die Verformungseigenschaften - insbesondere die Schubspannungsübertragung - des Dämmstoffes
zu erfassen.
26
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
Piatt
der Fraunhofey,GeseNschatt
5. Literaturhinweise
Künzel, H. und Mayer, E.: Uberprüfung von
Außendämmsystemen mit Styropor-Hartschaum
DBZ 6/76, S. 783-784.
[21
Künzel, H. Aufienseitige Wärmedämmung und Witterungsschutz. Gesundheits-Ingenieur 96
(1975) H.5, S. 132-139.
3.1 Künzel,H.: Untersuchungen über das Verha
ten von kunstharzbeschichteten StvroporHartschaumplatten auf Außenwänden in der
Praxis. Deutsche Bauzeitung 9 (1977).
Rieche, G.: Entwicklung von Eignungsprüfungen für Voliwärmeschutzsysteme - Werk7
stoffphysikalische Eigenschaften von außen-7'
seitigen Wärmedämmverbundsystemen. 'Statusbericht 1978, Rationelle Energieverwendung
BMFT, Teil 1, S. 113-123.
[5]
Rybicki, R.: Schäden und Mängel an Baukonstruktionen. Werner Verlag, Düsseldorf 1974.
[6]
Pfefferkorn, W.: Dachdecken und Mauerwerk.
Verla g s g esellschaft Rudolf Müller, KölnBraunsfeld 1980.
[7]
Künzel, H. und Holz, D.: Untersuchungen über
Fugenbewegun g en an einem Gebäude aus vorgefertigten Ziegelmontagewänden (nicht veröffentlichter Bericht B Ho 3/76 des FraunhoferInstituts für Bauphysik im Auftrag der Forschungsgemeinschaft Montagebau mit Ziegeln).
[8]
Künzel, H. Die Bewe gungen in Fugen zwischen
vorgefertigten Außenwandplatten. BetonsteinZeitung 34 (1968), Nr. 2, S. 62-65.
27
JNSTITLIT FÜR BALIPFIYSIK
der Frauahofer-Gesellscheft
9
Blatt
Gertis, K.: Wärmeeigenspannungen in homogenen
Außenbauteilen unter instationären Temperatureinwirkungen. Berichte aus der Bauforschung,
Heft 87 (1973), Verlag Ernst u. Sohn, Berlin.
10
DIN 18 550: Putz, Baustoffe und Ausführung,
Juni 1967, Abschnitt 6.1.3,
11
DIN 18 550, Teil 2: Putze aus Mörteln mit mineralischen Bindemitteln, Entwurf 1979, Abschnitt 5.
12
Stieglitz, Christian Ludwi g : Encyklopädie
der bürgerlichen Baukunst. Leipzig 1794.
13
Pilny, F.: Zur Beanspruchun g keramischer
Wandbekleidungen. Tonindustrie-Zeitung 89
(1965) , Heft 17/18, S. 389-394).
14 Pilny, F.: Entstehen und Beherrschen der Beans p ruchungen in Plattenbelägen. Boden, Wand
und Decke, 1967, Heft 6 und 7.
8
- 29 -
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Bild 1: Zeitliche Verläufe der Oberflächentemperatur der
Beschichtung auf Polystyrol -Hartschaumplatten (Westwand) während einiger aufeinanderfolgender Wintertage und der Längenzunahme eines entstandenen Risses in der Beschichtung längs eines Plattenstoßes,
Die Rißvergrößerung trat jeweils in der Abkühlungsphase bei raschem Temperaturabfall auf.
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24
Uhrzeit
Bild 2: Tagesverläufe der Außenputztemperatur unter
sommerlichen Bedingungen bei unterschiedlichen Putzgründen (Westwände, heller Putzanstrich):
A: Mauerwerk aus Steinen mit einer Rohdichte
von 1600 kg/m3
B: Mauerwerk aus Steinen mit einer Rohdichte
von 600 kg/m3
C: Mauerwerk mit 5 cm Polystyrol-Hartschaumplatten
- 31 -
16
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20
24
Bild 3: Tagesverläufe der äußeren Oberflächentemperaturen von Außenwänden unterschiedlicher Orientierung unter sommerlichen Bedingungen. Bei
Westwänden treten die höchsten Temperaturen
und eine rasche Abkühlung auf (25 cm dicke Gasbetonwände mit hellem Anstrich).
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Bild 4: Temperaturunterschied zwischen der Beschichtung auf Styropor und der Außenluft in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung auf die
Wände bei weißem und schwarzem Fassadenanstrich nach Messungen an unterschiedlich orientierten Wänden. Andere Farbtönungen liegen
zwischen den Werten von schwarz und weiß,
je nach deren Strahlungsabsorption.
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Bild 5: Zusammenhang zwischen der an der Außenoberfläche
gemessenen Änderung der Fugenbreite (Vertikalfuge
zwischen vorgefertigten Ziegel-Vergußtafeln) und
der Temperatur der äußeren Wandoberfläche, gemessen im Erdgeschoß und im 7. Obergeschoß an einem
Sommertag. Bei Änderungen der Oberflächentemperaturen zwischen etwa 15°C und 45°C war die Fugenbewegung im Erdgeschoß etwa um 4o% kleiner als im
obersten Geschoß. (Unterschiedliche Druckvors p annung durch lotrechte Auflast je nach Gebäudehöhe, die sich mit der thermischen Eigenspannung
überlagert. Dadurch entstehen unterschiedliche
mittlere Verformungen).
- 34 -
Bild Mittlere Änderung der Fugenbreite (Vertikalfuge
zwischen vorgefertigten Ziegel-Vergußtafeln) in
Abhängigkeit von der Wandoberflächentemperatur
an verschiedenen Tagen im Laufe eines Jahres,
gekennzeichnet durch Tag und Monat der Messung
(7. Obergeschoß).
Winter
Sommer
Winter
Bild 7: Jahreszeitlich bedingte Änderung der
Fugenbreite infolge von Quell- und Schwindvorg:dngen, ermittelt aus Bild 6 für eine
Temperatur von 20°C (7. Obergeschoß).
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Temperaturschwankungen
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Ansicht der Dämmplatten
und Meßpunkte
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Tempera turwechselbeanspr uchung
Bild 9: Schematische Darstellung der Versuchsanordnung und
-durchführung zur Prüfung des Verhaltens von Warmedämm-Verbundsystemen bei Temperaturwechselbeanspruchung.
Die auf einem Wagen horizontal gelagerte Versuchsprobe (10 cm dicke Betonplatte mit oberseitig auf g ebrachten Dämmplatten und Putz, Abmessung der Prüffläche
150 cm x 150 cm) kahn durch Uberdecken durch eine
Wärmhaube oder Kühiplatte abwechselnd auf Oberflächentemberaturen von 50°C bzw. -20 bis -30 0 C gebracht
werden. Auf der Prüffläche können drei Dämmplatten
der Größe 50 cm x 100 cm angeordnet werden mit drei
Fugen (Meßabschnitte I, II und IT1). Gemessen werden
Oberflächentemperaturen und Längenänderungen der Plattenoberflächen sowie die "Smderungen der Fugenbreite (siehe
Pfeile) bei unbeschichteten und beschichteten Dämmp latten. Die Messung der Längenänderungen erfolgt mit
Hilfe von induktiven Weggebern.
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
derFreunhofer-Gesellschaft
Bild 10: Versuchseinrichtung zur Prüfung des Verhaltens von Wärmedämm-Verbundsystemen
bei Temperaturwechselbeanspruchung (Wagen mit Versuchsprobe, darüber Wärmhaube,
die auf die Probe aufgesetzt wird, links
Kühlplatte).
Blatt
38
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Gesellschaft
Bild 11: Kühlplatte (soledurchflossere Kühlleitungen im Edelstahl g ehäuse). In
Verbindung mit einem Kihlaggregat
kann an der Plattenunterseite eine
minimale Temperatur von -30°C erzielt
werden.
Blat[ 39
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraunhofer-Gesellschaft
Bild 12: Versuchsprobe auf Wagen. Hier Dämmplatten ohne Beschichtung auf Betonplatte aufgeklebt. Meßvorrichtungen zur Ermittlun g der Längenänderung
der Platten und der Breitenänderung
der Fugen mit Hilfe von induktiven
Weggebern.
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Bild 16: Temperaturwechseibeanspruchung und Formdnderuncten
von verputzter Dämmplatte und Fuge zwischen zwei
Dämmplatten bei Polystvrol-Hartschaumpiatten, Rohdichte 30 kg/m 3 mit Kunstharzputz(Dicke . der Dammplatten 60 mm).
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Bild 17:
Tempe raturwechseibeanspruchung und Formänderungen
von verputzten Polystyrol-Hartschaumplatten (Rohdichte 3o bzw. 25 kg/m 3 ) bei Verwendung von Kunstharzputz bzw. mineralischem Putz (Dicke der Dämmplatten 6c mm, Meßstrecke 90 cm).
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der Rohdichte 15 km/m3 in Abhängigkeit
von der Oberflächentemperatur bei Ternperatur-Wechselbeanspruchung gemäß Bild 14.
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Bild 19: Längenänderung des geprüften Kunstharz
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Temperatur-Wechselbeanspruchung.
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Bild 20: Längenänderung des geprüften Kunstharzputzes
auf Polystvrol-Hartschaumplatten der Rohdichte 30 kg/m3 in Abhän g igkeit von der Oberflächentemperatur bei Temberatur-Wechselbeanspruchung gemäß Bild 17.
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Bi d 21: Längenänderung des geprüften mineralischen
Putzes auf Polystvrol-Hartschaumplatten der
Rohdichte 25 kg/mJ in Abhängigkeit von der
Oberflächentemperatur bei Temperatur-Wechselbeanspruchung g emäß Bild 17.
10
CD
6
*4-
0
4
0 2
2
5
3
Meßlänge [rn]
Bild 22: Verformungskoeffizienten eines mineralischen
Putzes und eines Kunstharzputzes auf Polystyrol-Hartschaumplatten in ,Abhängigkeit von der
auf der Putzfläche gewählten Meßlänge, ermittelt an Außenwänden bei natürlichem Tagestempe aturverlauf mit Besonnung. Bei den unterschiedlichen Meßlängen waren Putze und Dämmplatten
bis auf das Mauerwerk von den angrenzenden Flächen getrennt. Bei. Kunstharzputz wurden zwei
verschiedene Putzarten geprüft, die durch Punkte
bzw. Kreise gekennzeichnet sind. (Bereich der
Oberflächentemperaturen bei der Messung: lo°C-4o0C)
INSTITUT FUR BAUPHYSIK
der Fraunhofer- Geeellec:heft
Bild 23: Rißbildung in mineralischem Außenputz auf Polystyrol-Hartschaumplatten, aus g ehend von einer oberen Fensterecke, an der Fassadenflächen mit
unterschiedlichen Abmessungen aneinandergrenzen.
Blatt
51
••••••••
0tn
12
8
Temperatur
16
°C
20
Bild 24: Elastizitätsmodul von Kunstharzbeschichtungen
in Abhängiqkeit von der Temperatur bei einer
Zuggeschwindigkeit von 1 mm/min., MeBlänge
100 mm, rel. Luftfeuchte 70-75 %.
24
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Zugaescm indigkeit [rnm/min]
12
Bild 25: Elastizitätsmodul von Kunstharzputzen in Ab-
hängigkeit von der Zuggeschwindigkeit (schematisierte Darstellung aufgrund von Messungen an
zwei verschiedenen Putzen bei einer Temperatur von 20°C).