Blog zum gesunden Bauen und Wohnen

Gerade bei Altbauten ist die Sanierung von feuchten Wänden ein Problem. In vielen Fällen geht man von einer „aufsteigenden Feuchtigkeit“ aus und unterschätzt dabei die hygroskopische Eigenschaft der Salze sowie das Austauen an der kühleren Wandoberfläche. Zur Reduzierung des Feuchtigkeitseintrages in das Mauerwerk gibt es verschiedene Verfahren. In diesem Beitrag wird sich nur auf die elektrokinetischen Verfahren beschränkt. 

1. Durchfeuchtungsursachen

Die einzelnen Formen der Durchfeuchtung sollen hier nur stark vereinfacht benannt werden. Am häufigsten erfolgt der Transport von Wasser durch Sickerströmung. Unter hydrostatischem Druck dringt das Wasser in flüssiger Form in die ca. 1 mm großen Poren ein. Ebenfalls in flüssiger Form wird das Wasser durch die kapillare Saugkraft entgegen der Schwerkraft nach oben transportiert. Je enger die Kapillare ist, so höher kann das Wasser aufsteigen. Diese theoretisch unbegrenzte Höhe wird allerdings durch die Verdunstung begrenzt und es stellt sich ein Gleichgewicht ein. Kapillarbrechende und verdunstungsoffene Wandflächen verhindern im Wesentlichen eine zu starke Durchfeuchtung. Ein weiterer Wassertransport erfolgt durch die Dampfdiffusion. Vereinfacht werden die Oberflächen der Poren mit Wasserdampf gesättigt und die Poren mit Wasser gefüllt. Jetzt kann das Wasser auch die nächsten Poren ausfüllen.

Bei jedem Mauerwerk gibt es einen Gleichgewichtszustand für die Durchfeuchtungshöhe – je nach kapillarer Leistungsfähigkeit (maximaler Steighöhe, Sauggeschwindigkeit) und Verdunstung. Zwischen den beiden Größen, Wasseraufnahme und Wasserabgabe ist ein günstiges Verhältnis anzustreben, das beschreibt auch das Prinzip der Trocknung. Es wird die Wasseraufnahme reduziert oder die Wasserabgabe erhöht bzw. beides zusammen.

2. Prinzip der elektrochemischen Entsalzung und Reduzierung des kapillaren Wassertransportes

Diese Verfahren zur Mauertrockenlegung sind bis heute äußerst umstritten. Obwohl das theoretische Prinzip bekannt ist, steht der Verwirklichung häufig die praktische Durchführbarkeit entgegen.

Bewegt sich Wasser durch eine Kapillare, wird an der Kapillarwand eine diffuse elektrische Doppelschicht aufgebaut. Durch den Wassertransport wird ein Teil der Ladungen mitgerissen. Dabei bildet sich ein Potential aus, das als Strömungspotential bezeichnet wird./1/ Bei einer gemauerten Wand ist das Potential an der Wandoberfläche genauer in der oberflächennahen Schicht am größten und im Wandinneren schwächer. Das Potential wird vom Versalzungsgrad weitgehend mitbestimmt. Es handelt sich also um elektrochemische Potentiale. Es finden elektrolytische Vorgänge in der Wand statt, die deshalb für die Dissoziierung (Spaltung in Anion und Kation) eine Spannung benötigen. Es ist richtig benannt eine Elektrolyse. In der Praxis spricht man von einer Osmose./2/ Es kann bisher nicht zweifelsfrei ausgeschlossen werden, ob durch die angeregte Ionenwanderung nicht auch Ca- und Si-Ionen zur Elektrode wandern und es so langfristig zu einer Verdürrung des Mauermörtels kommt./2/
„Bei günstigen Verhältnissen von Porenradius zur Dicke der Doppelschicht wird der Wassertransport erheblich vergrößert, doch auch nur in feinporigen Systemen. Die übliche Doppelschichtdicke liegen bei einigen 10^-9 m, die üblichen Porengrößen bei 6-10^-6 m. Ãœberschreitet die elektrische Doppelschichtdicke einen kritischen Wert x, dann überlappen sich die Doppelschichten und der Wasser-Transport behindert sich gegenseitig.
Der häufigste Porenradius im Zementmörtel liegt bei etwa 100 nm. Daran ist zu erkennen, dass eine rein elektrokinetische Trocknung sich nur auf einen kleinen Teil des Porensystems beschränken kann. Die Porosität von Ziegel schwankt in noch viel größeren Bereichen. Daher ist es durchaus erklärlich, dass eine entsprechende Trocknungsanlage bei einem Objekt funktioniert und bei einem anderen (aus anderem Ziegelmaterial) versagt.“/3/

Es sind mindestens 4 verschiedene Mechanismen des Ionen- und Wassertransportes in porösen Systemen wirksam, die mehr oder weniger verstärken oder auch ausschließen.
Während beim Transport die Richtung der Ionen und Elektronen durch die Ladung bestimmt wird, treten beim Wassertransport Probleme auf, da nicht alle Mechanismen gleichzeitig wirken müssen. Der Wassertransport in folge der unterschiedliche Hydrationszahlen erfolgt meistens in Richtung Katode, da Kationen stärker hydratisiert sind als Anionen. Größere Salzionen z.B. Ca(OH)₂ schieben auf ihrem Weg zur Elektrode (Anode) das in den feien Poren befindliche Wasser vor sich her (Bulldozer-Effekt). Dies ist abhängig vom Durchfeuchtungsgrad und der Porenradienverteilung, wobei der Effekt in großen Poren nicht mehr wirkt. Weiterhin hängt die Richtung des Wassertransportes von der Polarität der Doppelschicht und dem damit verbundenen Vorzeichen des Zeta-Potenzials ab./3/

Unter Laborbedingungen an einer überschaubaren Probe kann der Prozess der Elektromigration nachgewiesen werden. D.h. Wasserbewegungen können durch von außen aufgeprägte elektrische Felder initiiert werden, wenn die erforderlichen Bedingungen eingehalten werden. Allerdings können unter diesen Bedingungen gewonnene Erkenntnisse der Elektrophysik bzw. der Elektrochemie nicht ohne weiteres auf die Bedingungen eines Bauwerkes übertragen werden./4/ Bei Untersuchungen zur elektroosmotischen Permeabilität von Mauerwerksbaustoffen wurden darüber hinaus Versuche an Ziegel/Mörtel-Verbundkörpern durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass „die elektroosmotische Permeabilität von Kalkmörteln im Gegensatz zu Ziegelbaustoffen ein negatives Vorzeichen besitzt, d.h. der Flüssigkeitsstrom in entgegen gesetzter Richtung verläuft. Diese Tatsache könnte sich unter Umständen als ein Hindernis für den erfolgreichen Einsatz elektrophysikalischer Verfahren herausstellen.“/5/
Elektroosmotische Vorgänge im Mauerwerk sind kaum überschaubar, um gerichtete Feuchtetransporte zu bewirken. Insofern sind elektroosmotische Verfahren (Wassertransport in porösem Substrat) kein taugliches Prinzip zur Entfeuchtung von Mauerwerk./1/ Ein wesentliches Problem bei der praktischen Durchführbarkeit ist die mangelnde Resistenz der Elektroden wegen der Mauersalze/1/, was unter anderem auch die Effizienz und Dauerhaftigkeit der Funktionsfähigkeit beeinflusst. Die Wirksamkeit einer solchen elektrophysikalischen Anlage kann im Laufe der Zeit durch die Änderungen der o.g. Einflussfaktoren beeinträchtigt werden. Daher ist die Wirkung bei diesen Anlagen ständig durch Messung der Feuchtigkeit und der Zustand der Elektroden zu kontrollieren.

Wie bereits genannt, lässt sich nicht jedes Mauerwerk mit diesem Verfahren trocknen. Daher sind gründliche Voruntersuchungen erforderlich. Der Grad der Abtrocknung ist weitestgehend vom Stromfluss abhängig. Ist dieser kleiner als etwa 10 mA je Quadratmeter Mauerwerkquerschnitt, so ist mit keiner erfolgreichen Trocknung zu rechnen. Auch bei wesentlich höherer Stromdichte kann ein feuchtes Mauerwerk mit 10 % (Masse) nicht auf Werte von 2-3 % (Masse) getrocknet werden. Es verbleibt eine Restfeuchte, die oft für die übliche Nutzungskonzeption zu hoch ist./6/

3. Passive Verfahren

Bei den passiven Anlagen ist das Wirkungsprinzip annähernd gleich. Es wird nur ein sehr kleines Potential aufgebaut, zu klein, um einen ständigen Ionentransport aufrecht zu halten.
Die im Wasser gelösten Salze werden vermehrt zur Oberfläche transportiert und fallen dort aus, und zerstören den Werkstoff./7/ Hier werden zwei Elektroden ohne Fremdspannung eingesetzt, die jenes Potential „kurzschließen“ soll, dass durch das Strömen des Wassers infolge Kapillarität entsteht./1/ Die passiven Verfahren sind daher auf die Dauer unwirksam.

Erdungsverfahren:
Durch Erdung durch miteinander verbundene eingemörtelten Elektroden sollen in Bauwerksteilen die sich durch den kapillaren Wassertransport aufbauenden elektrischen Potentiale im Mauerwerk kurzgeschlossen werden. Problem ist die Korrosion der Metalle, vor allem wenn Chloride vorhanden sind.

Ladungskompensationsverfahren (LKV passiv):
Durch den Einbau von Dipolen soll das mauereigene elektrische Feld ausgeschaltet und damit der elektroosmotische Wassertransport reduziert werden.

Galvanische Verfahren (passiv):
Durch den Einbau zweier Elektrodenebenen im Abstand von drei Ziegelsteinen aus unterschiedlichen metallischen Elektroden (z.B. Fe/Al) wird im feuchtegeschädigten Mauerwerk ein galvanisches Element erzeugt. Das so entstehende elektrische Potential soll dem kapillaren Wassertransport entgegenwirken. Problem ist die Korrosion der Metalle, vor allem wenn Chloride von über 0,02 % vorhanden sind.

4. Aktives Verfahren

Das aktive Verfahren funktioniert durch das Anlegen einer elektrischen Fremdspannung an ein spezielles Elektrodensystem im Mauerwerk. Es werden zielgerichtet elektrische Potentiale geschaffen, die dem kapillaren Flüssigkeitstransport elektroosmotisch entgegen wirken. /1/,/8/ Ihr Nachteil liegt vor allem darin, dass durch die höhere Spannung die Korrosion an der Katode (negative geladene Elektrode unterliegt der Wasserstoffkorrosion) und Anode (positive geladene Elektrode unterliegt einem anodischen Abbau) anwächst. Bereits nach wenigen Monaten werden Zerstörungen der Elektroden sichtbar. Daher werden verbesserte Materialien eingesetzt. Die Standzeit sollte wenigsten 30 bis 50 Jahre betragen. Untersuchungen durch das Institut für Gebäudeanalyse und Sanierungsplanung zeigten eine Einwirkung auf Wassergehalt und Durchfeuchtungsverlauf. /2/

Aus den Untersuchungen von Dettman, Bakhramow und Venzmer zur praktischen Anwendung elektrokinetischer Methoden wurden folgende Schlussfolgerungen abgeleitet:

– „Es ist in jedem Fall eine bestimmte elektrische Mindestfeldstärke oberhalb der kritischen Feldstärke einzuhalten, d.h. mindestens 50 – 100 V/m bezogen auf den Abstand zwischen Anode und Katode.

– Bevor eine nennenswerte Bewegung von Wasser innerhalb eines Mauerwerks zustande kommt, findet zunächst ein Salztransport statt. Trockenes Mauerwerk lässt sich ohnehin nicht entsalzen. Zur Entsalzung ist ein hoher Feuchtegehalt notwendig.

– Eine Entfeuchtung von Mauerwerk kann allein auf Basis der Elektroosmose nicht bis zur vollständigen Trocknung, sondern nur bis zu einem Durchfeuchtungsgrad von ca. 50 Prozent durchgeführt werden. Danach führen der erhöhte elektrische Widerstand des Mauerwerkes und die verschlechterte Kontaktierung zu einem Abbruch des Wassertransports.“/9/

In einer weiteren Untersuchung an Sandstein und Ziegelstein in Wien wurde zusammenfassend festgestellt: „Die gemessenen Feuchtetransporteffekte liegen in unbedeutenden Größenordnungen. Sie können bei Trockenlegungsmaßnahmen kaum als Unterstützung dienen. Es können bestenfalls geringfügige und in der Praxis kaum merkbare Effekte in der Umgebung der maximalen kapillaren Steighöhe erzielt werden.“/10/

Mit dem alten Prinzip des AET-Verfahren entstand eine Weiterentwicklung das ETB-Verfahren (Bild 1), welches mit seiner Technologie (Mehrebenensperre) den Anforderungen in der Praxis besser gerecht wird, Entsalzung und Trocknung des Mauerwerkes. Statt der Eisenanoden werden korrosionsstabile Anoden eingesetzt. Diese sind einzelverdrahtet und werden über eine Stromquelle (Gleichstrom) den Erfordernissen entsprechend automatisch geregelt. Damit wird der Inhomogenität des Mauerwerkes mit seiner unterschiedlichen Leitfähigkeit entgegengewirkt. Anionen, wie Chloride, Nitrate und Sulfate wandern zur Anode. Durch die Ionen umgebende Hydrathülle erfolgt damit gleichzeitig ein Wassertransport zu den Elektroden, wobei die Kationen (Natrium, Kalium usw.) eine wesentlich größere Hydrathülle besitzen und demzufolge auch mehr Wasser zur Katode transportieren. Nitrat- und Sulfationen können nicht entladen werden. Sie reichern sich in der Nähe der Anode an (Bild 2). /11/

Bild 1: (links) Schematische Darstellung des ETB-Verfahren

Bild 2: (rechts) Vorbereitetes nasses Mauerwerk mit Einsetzen der Anode

Das o.g. elektrophysikalische AET-Verfahren gehört zu den reduzierenden Entsalzungsverfahren. Zu den elektrophysikalische Entsalzungsverfahren gehören:

РAET-Verfahren mit stabf̦rmigen Elektroden

– Elektro-Kompressenentsalzung mit Flächenelektroden

– ETB-Verfahren mit stab- oder flächenförmigen Elektroden und

РKerasan-Verfahren mit stabf̦rmigen Ionenaustausch-Elektroden

Bei der Entsalzung ist die flächenmäßige Anordnung der Elektroden sinnvoller. /4/ Hinzu kommt eine regelmäßige Wartung und Pflege dieser Anlagen.

Für eine erfolgreiche Salzsanierung im Mauerwerk ist die Unterbrechung der Zufuhr an Wasser und (eventuell) damit gelösten Salzen erforderlich. Ist dies erfolgt, so erfolgt eine Trocknung bis zur Gleichgewichtsfeuchtigkeit mit der Umgebung. An den äußeren Wandschichten werden die Salze deponiert und können z.B. über hygroskopische Wasseraufnahme schädlich wirken. Eine Entfernung ist daher erforderlich. Der Einsatz einer elektrophysikalischen Anlage kann die eingedrungenen Salze bis zu einen gewissen Grad reduzieren und die Trockenzeit bis zur Erreichung der Gleichgewichtsfeuchte vermindern. Wird der Zustrom an Wasser nicht unterbrochen, so kann durch die kleinen Transportleistungen der Anlage das aufgenommene Wasser nicht ausreichend abgeführt werden. /1/ Weitere Entsalzungsverfahren sind unter www.ib-rauch.de/Beratung/salz.html aufgeführt. 

5. Elektrodenlose Elektroosmose

Es soll hier auch auf Verfahren hingewiesen werden, welches auf dem Markt besonders durch eine große Anzahl von Referenzobjekten auffällt. Im nachfolgenden Bild wird das Verfahren als aktive Elektroosmose ausgewiesen und findet zur elektronisch-physikalische Entsalzung und Mauertrockenlegung Anwendung. Statt der Elektroden wird ein Erdspieß (5 Potentialausgleich) und ein ausgesendete Frequenz im unteren langwelligen Bereich verwendet. /12/
Der Beitrag, z.B. von Hamatrol /12/ u. /16/, wird mit „Mauerentfeuchtung ohne Chemie“ überschrieben. Das Verfahren beschreibt elektrolytische Vorgänge, also es handelt sich hierbei um elekrochemische Reaktionen. In der genannten Literaturquelle wird auch das Wirkprinzip beschrieben und mit Zeichnungen dargestellt. Das Gerät (Sender) wird in Sichthöhe an das Innenmauerwerk angebracht und ein Potentialausgleich in den Fußboden (Keller) verlegt. Das Gerät wird über den üblichen Netzanschluss mit Energie versorgt (Bild 3).

Bild 3: Elektrodenlose Elektroosmose, Funktionsschema

In einer anderen Firmenbeschreibung zum gleichen Verfahren heißt es: “ In den winzigen Kapillaren, die das Mauerwerk durchziehen, befinden sich Wassermoleküle und gelöste Salze. Das schwache elektrische Feld wirkt auf diese in Kapillaren abgelagerten und gelösten Salze in Form von elektrokinetischen Vorgängen ein und ermöglicht somit wieder die natürliche Diffusion der Feuchtigkeit nach außen.“ /13/ (Sinkt z.B. die relative Luftfeuchte, so kristallisiert das Mauersalz ohnehin an der Oberfläche aus.)

In weiteren Firmenschriften anderer Anbieter heißt es: „Der Schutz gegen das Eindringen der aufsteigenden Bodenfeuchtigkeit bzw. des Hangwassers wird mithilfe des LE-Systems realisiert.“ /14/ Oder es werden im Text die bewährten Verfahren auf ihre Wirksamkeit angezweifelt.“ In extremen Fällen wurden Mauern abgeschnitten und eine neue Isolierung eingebraucht, aus unterschiedlichsten Materialien. Alle diese Bauarbeiten sind teuer und schädigen meistens die Bausubstanz. Falls es wirklich gelungen ist, einen Teil der Kapillaren zu verstopfen oder zu unterbrechen, hält das nur für einige Zeit und die Nässe steigt nach kurzer Zeit wieder hoch…“ /15/ Ich denke, hier erübrigt sich jeder weitere Kommentar. In sehr vielen Gründerzeithäusern mit einer Standzeit von über 100 Jahren funktionieren die eingelegten Bitumenbahnen als Horizontalsperre zum Teil noch, obwohl die Standzeit etwa bei der Hälfte der Zeit liegt.

Ableitend aus den Feuchttransportphänomene im Mauerwerk, die mit je unterschiedlicher Intensität vorliegen und sich aufheben oder verstärken können, kann folgende Schlussfolgerung getroffen werden (Wegen des Umfangs soll hier nicht auf alles eingegangen werden.):

1. Die Transportleistungen der Elektroosmose mit Elektroden ist in vielen Fällen nicht ausreichend und bedarf noch andere geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Unterbrechung der vertikalen und horizontalen Transporte. Es sind geringfügige und in der Praxis kaum merkbare Effekte in der Umgebung der maximalen kapillaren Steighöhe feststellbar. Das zeigen die o.g. Untersuchungsergebnisse.

2. Der energetische Leistungseintrag über elektromagnetische Felder ist noch geringer als über die Elektroden.

3. Die elektroosmotische Permeabilität von Kalkmörteln besitzt im Gegensatz zu Ziegelbaustoffen ein negatives Vorzeichen, d.h. der Flüssigkeitsstrom verläuft in entgegen gesetzte Richtung. Das Verfahren verspricht die Umkehr des Transportes der Wassermoleküle in das Erdreich bzw. in die unteren Mauerbereiche, also über alle Schichten.

4. Ohne auf den I. (Energieerhaltungssatz) und II. Hauptsatz näher einzugehen, scheinen hier Prinzipien verletzt zu werden, z.B. irreversible Prozesse. Mit dem Verfahren wird (fast) die Existenz eines Perpetuum mobile I. Art beschrieben. Fast, da ja wenigstens eine geringe Energiemenge (über Funkwellen) eingetragen wird.

Unter optimalen Umständen könnten sich die o.g. Feuchttransportphänomene aufheben. Unter diesem Gesichtspunkt könnte man eine Wirkung der elektrodenlosen Elektroosmosen zuschreiben. Bis auf 3 kleine Löcher, 2 für die Dübel zum Befestigen des Kastens und eins für den Erdspieß, erfolgt am Gebäude kein weiterer Schaden. Wenn es nicht klappt, kann man ja immer noch eine richtige geeignete Maßnahme zur Reduzierung der Unterbrechung der vertikalen und horizontalen Transporte durchführen.

Bisher konnte ich zwar nur 3 dieser Anlagen während des Einsatzes besichtigen. Da der vorherige Zustand sowie alle anderen Maßnahmen nicht bekannt waren, kann nur folgende zusammengefasst werden:
1. Anlage wurde mit einer anderen, aus meiner Sicht wesentlich wirkungsvolleren Maßnahme (gezielte Lufttrocknung), gekoppelt.
2. Anlage war bereits längere Zeit im Betrieb. Im Vergleich zu anderen ähnlichen Kellern der angrenzenden Gebäude konnte keine wesentliche Verbesserung festgestellt werden. Es war noch eine zusätzliche Vertikalabdichtung geplant.
3. Anlage brachte gar nichts. Der Keller war vollkommen feucht. Der Eigentümer hatte gar nicht richtig gewusst, dass es eine Anlage im Keller hat.

Unter www.baustoffchmie.de/db/elektroosmotische-verfahren werden weitere Anlagen vorgestellt, die nach gleichem Prinzip funktionieren.

6. Das Zauberkästchen

Dieses Verfahren soll über ein geoenergetisches Kraftfeld gravomagnetischer Natur wirken. Die im Gebäude aufgehängten Körbchen oder Kästchen benötigen keine externe Energiequelle. Über einen Empfänger werden schwache magnetische Strahlungen empfangen und über eine Antenne abgestrahlt, die dann analog wie die o.g. Anlagen eine Trocknung des feuchten salzbelasteten Mauerwerkes bewirken soll.

Hier soll kommentarlos auf zwei Beiträge verwiesen werden. Von Dr. Axel Stoll gibt es eine Wissenschaftliche Einschätzung zum Aquapol-Verfahrens 11/03, /17/ und ein Kontra im Vortrag, von Herrn Prof. Dr.-Ing. M. Müller von der FH Magdeburg FB Bauingenieurwesen. /18/

18.02.2005

Peter Rauch

Ingenieurbüro Peter Rauch Bucksdorffstr. 28, 04159 Leipzig www.ib-rauch.de

 

 

Literatur:

/1/ Horst, Reul; Handbuch Bautenschutz u. Bausanierung, Rudolf Müller Verlag, 4. Aufl. 2001, S. 182-188
/2/ Arendt, Claus; Leitfaden zur Erhaltung u. Modernisierung alter Häuser, Stuttgart: Deut. Verlags-Anstalt 1993 S.110 ff

/3/ Moewe, C.-M.; Venzmer, H.; Ausgewählte Modellrechnungen zum Feuchte- und Salztransport in kapillarporösen Baustoffen, S. 49-50 in Tagungsband Venzmer, H.; Feuchte- und salzbelastete Mauerwerke, Möglichkeiten und Grenzen elektroosmotischer Verfahren der Bauwerkstrocknung, 2. Dahlberg – Kolloquium 14.-15.9.2000 in Wismar,

/4/ Venzmer, H.; Ein Ãœberblick zu den Problemen der Entfeuchtung und Entsalzung von Bauwerken und Bauwerksteilen unter besonderer Berücksichtigung elektroosmotischer Verfahren S. 10 ff in Tagungsband Venzmer, H.; Feuchte- und salzbelastete Mauerwerke, Möglichkeiten und Grenzen elektroosmotischer Verfahren der Bauwerkstrocknung, 2. Dahlberg – Kolloquium 14.-15.9.2000 in Wismar,
/5/ A. Dettmann, A.; Bakhramov, O.; Venzmer, H.; Untersuchungen der elektroosmotischen Permeabilität von Mauerwerksbaustoffen,

Feuchtetag 99 Umwelt · Meßverfahren · Anwendungen 7./8. Oktober 1999, BAM, Berlin

/6/ Prof. Hoffmann; HTWK-Leipzig, Holzschutzpraxis , Vortrag in Leipzig bei quick mix 1994

/7/ Becker, G.; Vom AET zum ETB, Ein altes Prinzip Рneue Technologie, in Tagungsband Venzmer, H.; Feuchte- und salzbelastete Mauerwerke, M̦glichkeiten und Grenzen elektroosmotischer Verfahren der Bauwerkstrocknung, 2. Dahlberg РKolloquium 14.-15.9.2000 in Wismar,

/8/ Ettel, Wolf-Peter u.a.; Bautenschutztaschenbuch Verlag für Bauwesen Berlin München 1992 S. 85-91