Untersuchung der Wassertransportmechanismen in hydrophobierten mineralischen Baustoffen

Abstract

Die häufigste Ursache von Schäden an mineralischen Baustoffen resultiert aus der Wechselwirkung zwischen Baustoff und Feuchtigkeit. Mineralische Baustoffe verfügen über die Fähigkeit, bedingt durch ihr kapillarporöses System, Wasser aufzunehmen, zu speichern und zu transportieren. Um den Eintritt von flüssigem Wasser und die daraus resultierenden Schäden zu vermeiden, werden Fassa-den und Bauteile seit einigen Jahrzehnten mit hydrophobierenden Imprägnierun-gen auf Basis siliciumorganischer Verbindungen behandelt. In der Vergangenheit haben sich zahlreiche Studien in der Fachliteratur mit dem Einfluss einer silci-umorganischen Hydrophobierung auf die Wassertransportmechanismen der ka-pillaren Wasseraufnahme und der Wasserdampfdiffusion beschäftigt. Aus dem in dieser Arbeit vorgenommenen Vergleich der Ergebnisse aus diesen Studien wurde deutlich, dass diese keine einheitliche und eindeutige Aussage über den Einfluss einer hydrophobierenden Imprägnierung auf die relevanten Wasser-transportmechanismen zulassen. Die Studien zeigen differierende Ergebnisse, da diese zum einen baustoffspezifisch angelegt sind und zum anderen nur ein-zelne Mechanismen oder Phänomene des Wassertransportes betrachten. Da-neben fehlt eine differenziertere Untersuchung der Wassertransportmechanis-men in dem Bereich der niedriger werdenden Wirkstoffgehalte in Abhängigkeit der Saugtiefe gemäß des Saugprofils einer hydrophobierenden Imprägnierung. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit, ein tieferes Verständnis des Einflus-ses einer Hydrophobierung auf die Wassertransportmechanismen in minerali-schen Baustoffen unter besonderer Berücksichtigung deren Porenstruktur zu erhalten. Dabei galt es zu klären, in welchen Porenbereichen auf welche Art und Weise eine Hydrophobierung den kapillaren Wassertransport sowie den Was-serdampftransport beeinflusst. Parallel dazu sollte der Wirkstoffgehalt einer hyd-rophobierenden Imprägnierung als Maß für den tiefenabhängigen Gehalt eben-dieser und dessen Auswirkungen auf die Wassertransportmechanismen genauer betrachtet werden. Jeder Wirkstoffgehalt entsprach dabei einer Zone im Saug-profil, sodass der Wassertransport getrennt nach jeweiliger Zone untersucht werden konnte. Hierzu wurden systematische Untersuchungen ebendieser rele-vanten Wassertransportmechanismen zum einen an den realen Baustoffen Mör-tel und Ziegel und zum anderen an einem porösen Modellsubstrat aus Glasku-geln durchgeführt. Mit dem Modellsubstrat wurde eine baustoffunabhängige Po-renstruktur abgebildet. Im Rahmen des in dieser Arbeit entwickelten Testverfah-rens wurden Wirkstoffgehalte der verwendeten Hydrophobierung ermittelt, eine Charakterisierung der Poren der Baustoffe und des Modellsubstrates vorge-nommen sowie Versuche zur Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme und Wasserdampfdiffusion durchgeführt. Sowohl bei den Baustoffen als auch beim Modellsubstrat zeigte sich, dass silan-basierte Hydrophobierungen in Abhängigkeit des Wirkstoffgehaltes Veränderun-gen in der Benetzbarkeit und Größe der Poren hervorriefen. Dabei wirken sich diese Veränderungen unterschiedlich auf die untersuchten Wassertransportme-chanismen aus. Zum einen zeigte sich, dass die Porengröße der entscheidende Faktor ist, inwieweit eine silanbasierte Hydrophobierung den Wassertransport-mechanismus der Wasserdampfdiffusion beeinflusst. Zum anderen bestimmte der Wirkstoffgehalt einer silanbasierten Hydrophobierung und die damit verbun-dene quantitative Ausprägung der Belegung der Porenwände maßgeblich die kapillare Wasseraufnahme und Oberflächendiffusion. Letztere wurde im Rahmen der Diffusionsversuche als zusätzlich stattfindender Wassertransportmechanis-mus identifiziert und erstmalig in dieser Arbeit in Verbindung mit hydrophobierten Baustoffen diskutiert. Zusammenfassend wurden die zentralen Ergebnisse dieser Arbeit als phäno-menologisches Modell tabellarisch zusammengeführt. In diesem wird der Ein-fluss einer silanbasierten Hydrophobierung auf die in den Poren stattfindenden Wassertransportmechanismen systematisch und differenziert nach Porengröße und Ausprägung der Belegung der Porenwände durch das Polysiloxan darge-stellt. Die phänomenologischen Einzelbetrachtungen der Wassertransportme-chanismen des Modells lassen sich entsprechend baupraktischer Szenarien zu-sammenfügen und können als Basis für weitere Untersuchungen zum Wasser-transport in hydrophobierten Baustoffen dienen.