Auf porösen Baustoffen wie Beton oder Estrich treten nach Instandsetzungsmaßnahmen oder während der Applikation von Oberflächenschutzsystemen gelegentlich Beulen oder Blasen auf. Ursachen und Wirkung dieser Imperfektionen können unterschiedlich sein. Bläschen oder kleine Löcher entstehen teilweise bereits während der Applikation einer Beschichtung. Größere Blasen treten meist erst nach längerer Wasserbeanspruchung auf. Beulen, also größere Blasen, beobachtet man häufig an Fußböden, aber auch an Wandflächen, die besonderen Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt sind. Die Auslöser der drei Typen gehen auf unterschiedliche physikalische und physikalisch-chemische Vorgänge zurück. Kennt man diese, kann man die Entstehung von Beulen und Blasen vermeiden. Im ersten Teil dieses Artikels geht es um kleine Blasen, genannt Pinblisters, und stecknadelkopfgroße Löcher, genannt Pinholes.
Treten nach der Applikation von Feinmörteln oder Beschichtungsstoffen auf porösen Baustoffen kleine Blasen (Pinholes) oder stecknadelkopfgroße Löcher (Pinblisters) auf, müssen diese Fehlstellen in den Oberflächenschutzsystemen als potenzielles Risiko für ein Untergrundversagen angesehen werden, insbesondere wenn das Bauteil bestimmten Einwirkungen wie einer Chloridbeanspruchung oder einem Säureangriff ausgesetzt ist. Die unter Bauschaffenden kursierenden Erklärungen, wie diese kleinen Blasen und Löcher entstehen, beziehen sich häufig entweder auf die eingeschlossene Luft, die „heraus will“, oder auf die „rapide Erhöhung“ der Bauteiltemperatur. Letzteres bewirke, dass sich die Luft in den Poren des Betons ausdehne und so gegen die noch flüssige Beschichtung drücke. Die tatsächliche Ursache für das Entstehen der Pinholes und Pinblisters liegt aber dazwischen. Sie lässt sich physikalisch erklären. Kennt man die bei diesen Vorgängen ablaufenden Mechanismen, lässt sich auch eine Strategie entwickeln, wie sich diese Fehlstellen vermeiden lassen. Dies soll im Folgenden an einigen objektbezogenen Beispielen veranschaulicht werden.
Im Feinmörtel bildeten sich Pinholes
Auf der Schaleninnenseite eines Naturzugkühlturms aus Stahlbeton wurde großflächig mehrere Zentimeter dick Betonersatz mit Spritzmörtel (SPCC nach ZTV ING) ausgeführt [1]. Bereits während des Spritzvorganges stellte man fest, dass der SPCC-Verarbeiter eine raue und porenreiche Oberfläche hinterließ. Systemspezifisch wurde anschließend noch ein PCCFeinmörtel appliziert, um einen beschichtungsgerechten Untergrund herzustellen. In der egalisierten Oberfläche bildeten sich Pinholes deckungsgleich mit den im SPCC vorhanden Poren (Siehe Abbildung).
Hauptursächlich für das Entstehen dieser Pinholes war der zu hohe W/Z-Wert des Feinmörtels. Dieser wurde auf die Oberfläche aufgeschlämmt, weil man einen zu hohen Kraftaufwand vermeiden wollte. Der verflüssigte Feinmörtel wies aber nur einen geringen Verformungswiderstand auf, was schließlich die Pinhole- Bildung verursachte. Die physikalische Ursache hierfür wird im Abschnitt „Theoretischer Hintergrund: In Poren baut sich Sattdampfdruck auf“ erläutert.
Pinholes setzten sich in der Beschichtung fort
Ohne die Pinholes zu beachten, wurde auf der egalisierten Fläche in vier Arbeitsgängen noch eine Schutzbeschichtung aufgetragen. In je zwei Einzellagen applizierten die Verarbeiter zuerst eine Epoxidharz- und danach eine Polyurethanbeschichtung. Die im Feinmörtel-Untergrund vorhandenen Pinholes setzen sich bis in die letzte Deckbeschichtung fort. Zuerst bildeten sich an diesen Stellen Bläschen, die im Regelfall aufplatzten. In jedem Pinhole wurde ein Zugang zum mineralischen Untergrund in Form einer Kanüle festgestellt.
Diese scheinbar kleinen Poren können sich erheblich auf das Schutzsystem auswirken. Durch ihre kanülenartige Struktur kann das in den Kühlturm eingeleitete angesäuerte Schwadenkondensat bis zum mineralischen Untergrund vordringen und zu einer massiven Betonkorrosion führen. Die Beschichtung wird dabei großflächig unterwandert.
Die zweite Abbildung veranschaulicht, wie sich die kleinen Löcher auswirken, nachdem das saure Kondensat einige Jahre auf die Oberfläche eingewirkt hat. Aus einem kleinen Pinhole sind mehrere Quadratzentimeter große, korrodierte Betonfehlstellen entstanden. Sie können bei häufigem Auftreten sogar bis zum Versagen des Bauteilumfeldes führen. Hauptursächlich für diese Betonkorrosion ist die nicht beschichtungsgerecht vorbereitete Mörteloberfläche.
Pinblisters bildeten sich in der Beschichtung
An der Schalenaußenseite eines Naturzugkühlturms wurde ein OS 2 zum Oberflächenschutz appliziert. Die hydrophobierte Oberfläche sollte in zwei Lagen mit einer Acrylatbeschichtung versehen werden. Nach der Applikation der zweiten Beschichtungslage traten unzählige Pinblisters auf einem Teil der Kühlturmschale auf. Was war geschehen? Kurz nach Aufbringen der ersten Beschichtungslage benetzte ein Regenschauer die Oberfläche. Sie trocknete schnell ab, so dass die Ausführungsfirma beschloss, die Beschichtungsarbeiten fortzusetzen. Dabei wurde nicht bedacht, dass sich trotz trockener Oberfläche noch Wasser in den offenen Poren des Betons befand. Bereits während der Applikation der zweiten Beschichtungslage traten auf der gesamten Fläche Pinblisters auf. Die Beteiligten konnten sich das nicht erklären, da sie an einem bewölkten Tag ohne Sonneneinstrahlung bei konstanter Lufttemperatur gearbeitet hatten. Beim Öffnen des Blasendeckels wurde unter den Blasen stets eine Betonpore gefunden.
Theoretischer Hintergrund: In Poren baut sich Sattdampfdruck auf
Die Ursache von Pinholes und Pinblisters während der Filmbildungs- und Erhärtungsphase der Beschichtung wird häufig falsch begründet. In mehreren Technischen Hersteller-Merkblättern heißt es, dass sich die Blasen vermeiden lassen, wenn nicht bei steigenden Temperaturen beschichtet wird. In anderen Quellen wird behauptet, dass sich eingeschlossene Luft bei Erwärmung des Bauteils ausdehnt und gegen die Beschichtung drückt. Diese Annahmen sind nicht zielführend.
Pinholes und Pinblisters entstehen innerhalb eines kurzen Zeitfensters von Minuten. Daher kommt die Bauteilerwärmung als Ursache der Blasenbildung nicht infrage, denn an einem massigen Bauteil kann die Temperatur nicht schnell genug ansteigen, um die im Bauwerk eingeschlossene Luft innerhalb einiger Minuten zu erwärmen. Richtig ist aber, dass die Temperatur an der Bildung von Pinholes und Pinblisters mitwirkt. Wegen der Porenstruktur der Betonrandzone und des „Hinterlandes“ kann sich nach Verschluss der Poren mit einem Mörtel oder einer Beschichtung in ihnen der sogenannte Sattdampfdruck bilden. Dem liegt folgender Prozess zugrunde: Das dynamische Gleichgewicht zwischen Flüssigwasser und Luft bewirkt, dass Wassermoleküle in die Luft diffundieren. Die maximale Konzentration an Wassermolekülen in der Luft ist von der Temperatur der Luft abhängig. Er beträgt zum Beispiel bei 20 °C warmer Luft 17,3 g/m³.
Autorin: Helena Eisenkrein
Dieser Beitrag ist Teil eines Artikels aus B+B BAUEN IM BESTAND, Ausgabe 5-2014
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