Salzablagerungen auf Bauwerksoberflachen (Ausbluhungen)

Auf der Oberflache von Bauteilen, die aus porosen mineralischen Baustoffen wie Mortel, Ziegeln, Beton oder Natursteinen bestehen, konnen weiBe bis schmutzig-gelbe Salzablage­rungen, sogenannte Ausbluhungen, auftreten. Sie entstehen, wenn die innerhalb eines Bauteils vorhandenen wasserloslichen Stoffe durch Flussigkeitsbewegung nach auBen transportiert werden und sich nach dem Verdunsten des Wassers an der Oberflache kristal – lin oder amorph ablagem. Ausbluhungen sind nicht nur ,,Schonheitsfehler“ am Bauwerk, sie schadigen durch das Herauslosen der ausbluhenden Substanzen die Struktur der Bau­stoffe. Insofem existiert ein enger Zusammenhang zwischen der Chemie des losenden bzw. auslaugenden Angriffs und der Chemie der Ausbluhungen.

Подпись: Abbildung 9.41 Calciumcarbonat-Ausbldhungen auf Betonbauteilen Подпись: Abbildung 9.42 Alkalimetallsulfat-AusbIQhungen auf Ziegelsteinmauerwerk

Voraussetzungen fur das Entstehen von Ausbluhungen sind ein poriges Gefuge der Bau­stoffe, das Vorliegen loslicher Salze bzw. deren Bildung durch in das Mauerwerk diffundie – rende Gase (C02, S02) sowie die Anwesenheit von Feuchtigkeit. Als Feuchtigkeitsquellen kommen die Witterungsfeuchtigkeit, die aufsteigende Bodenfeuchtigkeit, das in das Mau­erwerk eindringende Gebrauchswasser und die durch den Bauvorgang bedingte, begrenzte Baufeuchtigkeit in Betracht.

Der Laie bezeichnet die weiBen Salzflecke, die unter bestimmten Bedingungen an der Oberflache von Putzen und Mauerwerk auftreten, meist als,,Salpeter“. Glticklicherweise ist der das Mauerwerk stark schadigende Mauersalpeter Ca(N03)2 • 4 H20 heute nur noch selten anzutreffen. In der Mehrzahl der Falle handelt es sich bei den abgelagerten Salzen um Carbonate und Sulfate. [10]

gende Feuchtigkeit bzw. restliches Anmachwasser gelost und an die Oberflache befordert wird. In Kontakt mit dem C02 der Luft kristallisiert es gemaB Gl. (4-11) als СаСОз aus. Kalksteinausbluhungen („Kalksinter44) treten haufig als weiBe Krusten auf Beton (Abb. 9.41) und von den Mortelfiigen ausgehend als vertikale Streifen auf Mauerwerksflachen auf. Im letzteren Fall sind die Ausbluhungen ein Indiz daffir, dass zwei oder mehrere iiber – einander liegende horizontale Mortelfugen undicht sind.

• Sulfate. Sulfatische Ausbluhungen sind sehr haufig anzutreffen. In den meisten Fallen handelt es sich bei den Sulfatablagerungen um auskristallisierte Alkalimetall – und Erd – alkalimetallsulfate (Abb. 9.42). Die Sulfate konnen aus den Baustoffen stammen (insbes. Ziegel sind sehr sulfatreich!), aus dem Untergrund zugefflhrt werden oder aus S02-haltiger Stadt – bzw. Industrieluft (Rauchgase) stammen.

Gipsausbliihungen (Gl. 9-48) konnen auf Beton, Kalk – und Zementmortel sowie auf kalk – haltigen Natursteinen entstehen. Die Calciumionen entstammen in der Regel dem Baustoff.

Ca(OH)2 + S02 + У2 02 + H20 ————— ► CaS04 • 2 H20 (9-48)

Wird beispielsweise das Mortelwasser von porosen Ziegeln oder anderen Gesteinen mit grofieren Poren aufgesaugt, diffundiert es anschlieBend an die Oberflache und bildet dort die haufig zu beobachtenden weiBen Gipsablagerungen. Im Extremfall kann die gesamte Steinoberflaehe mit einer Gipskruste iiberzogen sein. Gipsablagerungen weisen im Gegen – satz zu den Kalkablagerungen keine vertikale Ausriehtung auf. Sie sind bevorzugt an Mau­erwerksflachen anzutreffen, bei denen durch undichte Stellen, z. B. durch Risse, undichte Mortel – oder Kittfugen, Wasser in grofieren Mengen eindringen und eine Durchfeuchtung der angrenzenden Steine von innen her bewirken kann.

Die besondere Gefahrlichkeit sulfatischer Ausbluhungen besteht darin, dass sie haufig in Kombination mit Oberflachenabsprengungen auftreten. Das gilt insbesondere fur schlagre – genbeanspruchte Fassaden, die bei schonem Wetter einer intensiven Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. In Phasen der Austrocknung verlagert sich die Gipsbildung von der Ober­flache in das Gesteinsinnere und fuhrt zu Treiberscheinungen.

Ausbluhungen von wasserloslichen Sulfaten (vor allem M2S04 • n H20 mit M = Na, К

sowie MgS04 • n H20) entstehen meist im Ubergangsbereieh zwischen nassem und trocke – nem Mauerwerk. In den meisten Fallen handelt es sich um Salzgemische, bei denen entwe – der Magnesiumsulfat oder Natriumsulfat dominiert. Kaliumsulfat und Natriumcarbonat treten haufig als Beimischungen auf. Ausbluhungen von wasserloslichen Salzen sind meist jahreszeitlich begrenzt. Sie treten typiseherweise in den Monaten Januar bis Marz auf, da in dieser Zeit das Mauerwerk am starksten durchnasst wird und die tiefen Temperaturen die Kristallbildung fordem.

Die Verwitterung der Baustoffoberflachen ist haufig eine Folge des Wechselspiels zwi­schen Auflosung und Auskristallisation von Salzen. Der Ubergang eines Salzes vom ge – losten in den kristallisierten Zustand ist prinzipiell mit einer VolumenvergroBerung verbun – den. Sie ist die Ursache fflr den sich ausbildenden Kristallisationsdruck. Der Kristallisati – onsdruck ist vergleichbar mit dem Druck, der entsteht, wenn Wasser gefriert (Кар. 6.2.2.1). Befinden sich in den Poren eines Baustoffs ubersattigte Salzlosungen, ftihrt die Kristallisa – tion dann zu einer Schadigung, wenn das Gefuge den Kristallisationsdruck nicht aufnehmen kann.

Neben der Temperatur hangt der Kristallisationsdruck vor allem vom Sattigungsgrad der Losung ab. In Tab. 9.11 sind die Kristallisationsdriicke einiger wichtiger bauschadlicher Salze aufgefuhrt. Die Umwandlung dreier, in Bindemitteln haufig enthaltener schwer losli – cher Carbonate in leichter losliche, kristallwasserhaltige Sulfate ist mit den folgenden Vo – lumenzunahmen verbunden:

СаСОз -> CaS04 • 2 H20 (ca. 100%), MgC03 -> MgS04 • 7 H20 (Bittersalz; ca. 430%) und FeC03 -> FeS04 • 7 H20 (ca. 480%) [KS 6].

Tabelle 9.11 Kristallisationsdriicke wichtiger bauschadlicher Salze [KS 6]

Chemische Formel

Volumen

Kristallisationsdruck (N/mm2)

eines Mols der

c/cs

= 2

c/cs = 10

Substanz (in 1)

0°C

50°C

0°C

50°C

CaS04 • Vt. H20

46

33,5

39,8

112,0

132,5

CaS04 • 2 H20

55

28,2

33,4

93,8

111,0

MgS04 • 7 H20

147

10,5

12,5

35,0

41,5

MgS04 • 6 H20

130

11,8

14,1

39,5

49,5

MgS04 • h2o

57

27,2

32,4

91,0

107,9

Na2S04 • 10 H20

220

7,2

8,3

23,4

27,7

Na2S04

53

29,2

34,5

97,0

115,0

NaCl

28

55,4

65,4

184,5

219,0

Na2C03 • 10 H20

199

7,8

9,2

25,9

30,8

Na2C03 • 7 H20

154

10,0

11,9

33,4

36,5

Na2C03 • H20

55

28,0

33,3

93,5

110,9

c/cs = Wert fur die Ubersattigung der Losung

Von besonderem Interesse sind Salze, die in Abhangigkeit von der Temperatur und der Lufitfeuchtigkeit unterschiedliche Hydrate ausbilden. Der mit dem „Umkristallisationspro – zess“ verbundene Druck wird in der bauchemischen Literatur haufig als Hydratati – onsdruck bezeichnet. Er kann ebenfalls Absprengungen bewirken. Zu gravierenden Scha – den fuhren vor allem solche Salze, die in relativ niedrigen Temperaturbereichen durch Feuchtigkeitsaufnahme oder – abgabe Hydrate mit unterschiedlichem Wassergehalt bilden.

Kristallisiert z. B. Natriumsulfat aus einer wassrigen Losung aus, fallt es unterhalb von 32,4°C als Decahydrat Na2S04 • 10 H20 (Glaubersalz) und oberhalb von 32,4°C als wasser – freies Na2S04 (Thenardit) an. Natriumcarbonat kristallisiert unterhalb von 32,5°C eben­falls als Decahydrat Na2C03 • 10 H20 (,,Kristallsoda“) aus. Oberhalb von 32,5°C geht das Deca – in das Heptahydrat (Na2C03 • 7 H20) und oberhalb von 35,4°C das Hepta – in das Monohydrat (Na2C03 • H20) ilber. Scheiden sich die kristallwasserhaltigen Formen dieser Salze in den Poren ab, kann unter der Voraussetzung, dass der Wasserdampf-Partialdruck der Luft deutlich unter dem Dampfdruck des Hydrats liegt (trockene Witterung!), Kristall – wasser an die Umgebungsluft abgegeben werden. Es entstehen die wasserarmeren bzw. wasserfreien Formen. Durch fortgesetzte Auflosung, Auskristallisation und hohe Verduns – tungsgeschwindigkeiten lagem sich groBere Mengen an entwasserten Salzen in die Bau – stoffporen ein. Kommt es anschlieBend zu einer langer andauemden, extrem feuchten Wit-
terung, bilden sich unter starker Volumenzunahme die wasserhaltigen Formen zuriick. Als Folge der damit verbundenen Hydratationsdriicke kann es zu Absprengungen und Rissen kommen. Tab. 9.12 enthalt die Hydratationsdriicke der Bildung von CaS04 • 2 H20 und Na2C03 • 7 H20 aus wasserarmeren Hydraten in Abhangigkeit von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit.

Подпись:Tabelle 9.12

Hydratationsdriicke (in N/mm2) fur zwei bauchemisch relevante Reaktionen in Abhangigkeit von der Temperatur und der relati – ven Luftfeuchtigkeit [KS 6]

• Nitrate. Der Mauersalpeter Ca(N03)2 • 4 H20 (auch: Kalksalpeter) gehort zu den gefahr – lichsten Bauschadigungen. Calciumnitrat kristallisiert aus wassriger Losung als Tetrahydrat aus. Die Kristalle schmelzen oberhalb von 40°C in ihrem Kristallwasser, wobei sich was- serarmere Formen bilden. Uber 100°C entsteht das wasserfreie Calciumnitrat. Der Uber – gang der verschiedenen Hydratstufen ineinander, insbesondere der Ubergang zum Tetra­hydrat, ist wiederum mit der Ausbildung von Hydratationsdrucken verbunden, die zu Bau – folgeschaden fuhren konnen.

Mauersalpeter kann naturgemaB nur dort entstehen, wo StickstoffVerbindungen in hohen Konzentrationen auftreten. Das ist vor allem im landwirtschaftlichen Bereich der Fall. Das aus organischen Stickstoffverbindungen wie Ham/Jauche oder faulenden EiweiBstoffen freigesetzte Ammoniak wird durch nitrifizierende Bakterien zum Nitrat oxidiert (s. Кар.

5.4.1) , das sich mit dem Kalk des Mortels zum Ca(N03)2 * 4 H20 umsetzt. Mauersalpeter ist demnach vor allem auf Mauem von Stallen, Dung – und Jauchegruben, aber auch auf un – dichten Rohren in WCs zu finden. Eine analoge Umsetzung zwischen Kalk und Nitrat fin – det statt, wenn Fakalwasser in den Kapillaren eines Mauerwerkes hochsteigt.

Die fortgesetzte Bildung des leicht loslichen Mauersalpeters fflhrt vor allem infolge seiner Hygroskopie zu einer starken Zerstorung des Mauerwerks (MauerfraB). Zum einen kommt es infolge des Herauslosens der Kalkbestandteile zu einer Lockerung des Mortelgefuges. Zum anderen wird – und das gilt auch fur andere wasserlosliche Salze – die Gesteinsober – flache durch das standige Ablagem und Losen von Salzen geschadigt. Die oberflachenna – hen Gesteinsporen sind durch die an den Wechsel von feuchter und trockener Witterung geknupften Losungs – und Kristallisationsvorgange standig wechselnden Kristallisations – und HydratationsdrUcken ausgesetzt.

Mauersalpeter wird umgangssprachlich oft inkorrekt als Salpeter bezeichnet. Dieser Trivi – alname bezieht sich jedoch ausschlieBlich auf Kaliumnitrat KN03.

Behandlung von Ausbliihungen. Als erste MaBnahme muss naturlich die Ursache der Mauerdurchfeuchtung (aufsteigende Bodenfeuchtigkeit, Regenwasser) gefunden und unter – bunden werden. Die Salzablagerungen selbst mussen durch trockenes Abbiirsten beseitigt werden, da bei Nassbehandlung die durch das Wasser gelosten Salze in der Regel wieder vom Mauerwerk aufgenommen werden. Eine Ausnahme bilden Kalkausbluhungen. Sie sollten nach intensivem Vomassen zweckmaBigerweise mit Essigsaure (~ 5%ig) oder Salzsaure (1 Teil konz. HC1 und 10 Teile Wasser) behandelt werden. Dabei zersetzen sich die Carbonate entsprechend Gl. 5-25. AnschlieBend muss mit Wasser nachgespiilt werden. 1st ein Mauerwerk bereits weitgehend von Mauersalpeter zersetzt, muss es herausgestemmt und emeuert werden.

Korrosion von Natursteinen. Natursteine, die vor allem fur Fassadenbekleidungen Ver – wendung finden, unterliegen beim Angriff aggressiver Medien im Prinzip den gleichen Re – aktionen wie die zementgebundenen Baustoffe. Das Ausmafi der durch die Luftschadstoffe bedingten Gesteinsverwitterung hangt von der chemischen Zusammensetzung und der Po- rositat des Gesteins ab. Magmatite wie Basalte, Granite, Syenite und einige Porphyrarten, werden praktisch kaum angegriffen. Auch bestimmte Sedimentite, z. B. dichte Kalksteine, kieselig gebundene Sandsteine und Grauwacken, sind relativ gut bestandig. Dagegen wer­den kalkig gebundene Sandsteine beim Angriff saurer Wasser durch Auflosung der Binde – mittelmatrix geschadigt. Zu den fiber langere Zeitraume bestandigen Metamorphiten geho – ren Quarzit, Dachschiefer und Marmor. Bestimmte Gneise und einige Schiefervarietaten konnen dagegen aufgrund ihres spezifisch lagigen Aufbaus schnell verwittem. Der Schutz von Natursteinen erfolgt meist durch Impragnierung mit Silanen und Siliconen (Кар. 9.2.4).