Bauforschung

Außenseitige Wärmedämmung vonAußenwänden durch Polystyrol -Hartschaumplatten mit Kunstharzputz

F 1789

Fraunhofer IRB Verlag

F 1789

Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopiedes Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium fürVerkehr, Bau- und Wohnungswesen -BMVBW- geför-derten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeitenthaltenen Darstellungen und Empfehlungen gebendie fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diesewerden hier unverändert wiedergegeben, sie gebennicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebersoder des Herausgebers wieder.

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B Ho 10/81

AUSSENSEITIGE WARMEDAMMUNG VON AUSSENWANDENDURCH POLYSTYROL- HARTSCHAUMPLATTEN MITKUNSTHARZPUTZ

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durchgeführt in derAußenstelle Holzkirchen desFraunhofer-Instituts für Bauphysik

im Auftrag desBundesministeriums für Raumordnung, Bauwesenund Städtebau

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FRAUNHOFER- . INSTITUT FUR BAUPHYSIK 7000 SFU7TGAHI 70 DEGERLOCH, Könlgstrelile (4, Aulienstelle: HOLZKIRCHEN (O13B.), Postfach 1181

Fraunhofer-institut far BauphysikS gart

AUSSENSTELLE HOLZKIRCHEN

Amtlich anerkannte Prüfstelle für die Zulassung neuer Baustoffe, Bauteile und BauartenInstitutsleiter: 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/;//7/ //

i.4.040404404,404

Ing. P. Bernhardt Dr.-Ing. H. Künzel

Prof.Dr.F.P.Mechel

Fraunhofer-Institut für Bauphysikart

AUSSENSTELLE HOLZKIRCHEN

Amtlich anerkannte Prüfstelle für die Zulassung neuer Baustoffe, Bauteile und BauartenInstitutsleiter: 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 vorgefer-

tigten 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

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt .....der Fraunhofer-Gesellschaft

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 gie-

einsparung hat diese Methode neben anderen Möglich-

keiten einer erhöhten Wärmedämmung von Außenwänden -

zunehmende Anwendung gefunden. Anfängliche Skepsis be-

zog sich auf die Verletzbarkeit der als Außenschicht

überwiegend verwendeten dünnen Kunstharzputze und auf

die dauerhafte Funktionsfähigkeit dieser Putze in Anbe-

tracht 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 Dämm-

stoff, Putz und Armierung sowie falscher Detailausbil-

dungen entstanden in der weiteren Entwicklung brauchbare

Systeme [1],und die Aufgabe der Forschung ist es nun,

aus den Eigenschaften der bewährten Systeme die wesent-

lichen Eigenschaften und Kenngrößen herauszufinden, die

für eine objektive Beurteilung dieser Art von Dämmsyste-

men wesentlich ist. Die Kenntnis dieser Eigenschaften

kann dann zu einer Optimierung der Dämmsysteme und damit

zu einer Qualitätsverbesserung führen.

iNSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt ... ..der Fraunhofer-Gesellschaft

Bisher in kleinerem Umfang durchgeführte Untersuchun-

gen, die mehr als orientierende Untersuchungen zu be-

zeichnen sind, betrafen hauptsächlich Messungen über

die thermische Beanspruchung der Putze auf den Wärme-

dämmplatten sowie Beobachtungen über Rißbildungen und

Messungen und Überlegungen über Formänderungen und Span-

nungsverhältnisse, insbesondere im Bereich der Dämm-

platten-Stöße [2, 3, 4].

Einige Ergebnisse der bereits durchgeführten Untersu-

chungen 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 auf-

treten 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 Unter-

gründen mit größerer Rohdichte ist die thermische Bean-

spruchung des Außenputzes geringer (Bild 2). Hinsicht-

lich der Wandorientierung sind Westwände wegen des ra-

schen Temperaturabfalls nach der maximalen Erwärmung

am späten Nachmittag als am kritischsten zu bewerten.

Bei Ostwänden erfolgt die Erwärmung rasch, aber die Ab-

kühlung sehr langsam (Bild 3). Eine schnelle Erwärmung•

mit auftretenden Druckspannungen in der Außenschicht

ist aber allgemein für Baustoffe weni ger kritisch. Be-

kannt ist auch der Einfluß der Farbe auf die Oberflächen-

temperaturen der Außenwände bei Besonnung. Bild 4 zeigt

die maximale Ubertemperatur von Kunstharzputzen auf Poly-

styrol-Hartschaumplatten gegenüber der Außenlufttempera-

tur in Abhängi gkeit von der Sonneneinstrahlung. Helle

Farben der Außenputze sind speziell bei Wärmedämm-Verbund-

systemen zu empfehlen.

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt 1

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 einzel-

nen 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 Spannun-

gen nicht repräsentativ sind für die Verhältnisse bei

Gebäuden mit anderen Randbedingungen und Einspannver-

hältnissen. Trotzdem gaben derartige Versuche Hinwei-

se über den Verformungsmechanismus bei Thermohaut-Dämm-

systemen, wie später noch aus geführt wird.

Als notwendig erwiesen sich aber zunächst allgemeine

Uberlegungen und Ermittlungen über die Verhältnisse

der Verformungen und Spannun gen bei Gebäuden und ein-

zelnen Bauteilen, die in Abschnitt 2 beschrieben wer-

den. In Abschnitt 3 wird über Labor- und Freilandunter-

suchungen an Wärmedämm-Verbundsystemen berichtet, die

dann in Verbindung mit allgemeinen Überlegungen zu

den Folgerungen in Abschnitt 4 führen.

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt . .der Fraunhofer-Geseilschaft

2. Verformungen und Spannungen (Gebäude und Bauteile)

2.1 Allgemeines

Abschätzungen dber zu erwartende thermische Spannungen

erfolgen bisher meist auf Grund des Wärmedehnkoeffizien-

ten a des Baustoffes, der Längenabmessung 1 des Bau-

teils und der Temperaturdifferenz A ,3 Lz.B.51. Daraus

ergibt sich die Längenänderung Al bei freier Beweglich-

t des Bauteils zu:

a I AA (1)

1st diese Längenänderung wegen Einspannung nicht mög-

lich oder nur zu einem Teil, weil das angrenzende Bau-

teil einen anderen Wärmedehnkoeffizienten aufweist oder

eine andere Temperaturänderung erfährt, dann wird die

in den aneinandergrenzenden Bauteilen entstehende Span-

nung a nach dem Hooke'schen Gesetz unter Zugrundelegung

der errechneten Differenz der Längenänderungen der bei-

den Teile All und des Elasti itdtsmoduis E berechnet:

Allcy (2)

Rybicki [5] stellt bei einer Beispielrechnung - wie

leicht nachzuvollziehen - fest, daß hiernach ungeheuere

Kräfte auftreten und daß man "ihre Entstehung verhin-

dern 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.

Al

INSTITUT FÜR BAUPHYSIK Blatt ........der Fraunhofer-Gesellschaft

Dafür gibt es verschiedene Gründe: Einmal werden Span-

nungen durch Relaxation und Kriechen abgebaut, zum an-

deren wirken langfristigenTemperaturverformungen jah-

reszeitlich bedingte Schwindverformungen entgegen. Schließ-

lich sind selten isotherme Verhältnisse vorhanden, die

lineare Temperaturdehnungen zur Folge haben, sondern meist

ungleiche und instationäre Temperaturverhältnisse über

einen Bauteil querschnitt, die Biegeverformungen bzw.

-spannungen verursachen.

Über die zulässigen Größen von Verformungen als notwen-

dige Voraussetzung für Beurteilungen in diesem Zusammen-

hang macht Pfefferkorn folgende treffende üußerung [6]:

"Die Festlegun g zulässi ger 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 Kennt-

nissen über die weitstreuende Verformungsfähigkeit von

Mauerwerk bis zum Bruch." Diese speziell im Hinblick

auf die Verhältnisse bei Dachdecken auf Mauerwerk for-

mulierte Aussage kann im Prinzip auf alle Verformungs-

und 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 er-

läutern. Daß die Untersuchungen an einem achtgeschossi-

gen Wohngebäude mit Außenwänden aus tragenden, vorgefer-

tigten Ziegel-Wandelementen durchgeführt worden sind, spielt

keine grundsätzliche Rolle. Die an der Außenoberfläche ge-

messenen 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-

7INSTITUT FUR BAUPHYSIK BiatL± .....

der Fraunhofer-Gesellschaft

den aus Deckenziegein nach DIN 4159, die ihren Zu-

sammenhalt durch Verguß der Ziegelaussparungen mit

Leichtbeton erhielten. Die Innen- und Außenoberflä-

chen der Wandelemente waren verputzt. Insofern kön-

nen die Ergebnisse in gewissem Sinn als repräsentativ

für verputztes Ziegelmauerwerk betrachtet werden, mit

dem meßtechnischen Vorteil, daß aus den einfach zu er-

mittelnden Anderungen der Fugenbreiten auf die Formän-

derungen der äußeren Wandschicht geschlossen werden

kann. Wie zu erkennen sein wird, sind far die vorlie-

gende Fragestellung die Absolutwerte weniger von In-

teresse als die Relativwerte zwischen dem Erdgeschoß

und dem obersten Geschoß,sowie die tapes- and jah-

reszeitlichen Anderungen [7].

Bei der Erwärmung einer Außenwand von außen (Besonnung)

wird das Ausdehnungsbestreben der äußeren Wandschicht

durch dio zunächst noch kühleren Innenschichten gehemmt.

Bei der späteren Wiederabkühlung wird die Kontraktion

der Außenschicht durch die inzwischen wärmeren Innen-

schichten gebremst. Daher ergibt sich beim Aufzeich-

nen 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 peratur, wie

aus Bild 5 zu ersehen ist. Durch dieses Bild soll ge-

zeigt werden, daß die Fugenbewegung im 7. Obergeschoß

größer ist als im Erdgeschoß. Nimmt man die in Bild 5

voll gezeichneten mittleren Geraden als kennzeich-

nend für die Bewegung der Fu gen, dann ergibt sich

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt der Fraunhofer-Gesellschaft

auf Grund von Messungen an verschiedenen Stellen an

der Ost- und Westseite des Gebäudes, daß die Fugenbewe-

gung 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 große Querdehnung bzw. Druckvorspan-

nung zur Folge hat. Diese Druckvors1Dannung überlagert sich

mit der durch die Besonnung bedingten thermischen Eigen-

spannung. Deshalb ist die daraus resultierende Verformung

der äußeren Wandschicht bzw. der Fugen zwischen den ein-

zelnen vorgefertigten Vergußtafein von der Gebäudehöhe

abhängig.

Eine weitere Erkenntnis war aus den Untersuchungen zu

gewinnen: Aus langfristigen 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 geneinan-

der verschoben, je größer der zeitliche Unterschied

der Meßzeitpunkte ist. Hieraus folgt, daß langfristig

außer der Temperatur noch ein weiterer Einfluß vorhan-

den 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

INSTITUT FOR BAUPHYSIK Satt

derFraunhofer-GeseHschaft

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 Unterschie-

de der langfristigen Mittelwerte der relativen Außen-

luftfeuchte (im Winter ca. 85 %, im Sommer ca. 75 %)'.

Im Prinzip ist dieses Ergebnis übertragbar auf andere

Mauerwerksarten, insbesondere auf Mauerwerk aus zement-

gebundenen Steinen.

Die thermisch und hygrisch bedingten FUgenänderungen

(bzw. Wandarverformungen) verlaufen gegensinnig: Im Win-

ter wird die thermische Kontraktion durch das Quel-

len reduziert und der thermischen Expansion im Sommer

wirkt das Schwinden entgegen. Die Fugenbewe gungen (bzw.

Wandverformungen) sind somit im Laufe eines Jahres klei-

ner 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 Schwindvor-

gänge würde die jährliche Fugenbewegung 0.8 mm betragen,

wie durch Extrapolation zur ermitteln ist.

Aus diesen Untersuchungsergebnissen sind folgende Er-

kenntnisse 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-

INSTITUT FUR BALIPHYSIK Watt 10 der Fraunhofer-Geselischaft

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 ent-

gegen.

Im allgemeinen ist es daher sicher eine zu große Verein-

fachung, wenn man thermische Formänderungen von Bautei-

len auf Grund des Wärmedehnkoeffizienten des Materials

und der maximalen Sommertemperatur und minimalen Winter-

temperatur beurteilt.

2.3 Außenputz auf Mauerwerk

Es gibt eine alte Handwerksregel, die besagt, daß die

Festigkeit der einzelnen Schichten eines Putzes vom

Putz grund 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 Neu-

fassung 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 g-

keitsabstufung zwischen dem Putzgrund und dem Unterputz

ist diese Re gel sinngemäß anzuwenden. Ausnahmen bilden

Kellerwand-Außenputz und Sockelputz. In begründeten Fäl-

len kann ein Putzsystem gewählt werden, das von den vor-

stehenden Grundsätzen abweicht." Als solche "begründete

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt 11

der Fraunhofer—Gesellschaft

Fälle" sind zum Beispiel das Verputzen von Holzwolle-

leichtbauplatten anzusehen, das in DIN 1102 geregelt

ist oder Wärmedämmputze, die aus einem weichen, wär-

medämmenden Unterputz und einem härteren Oberputz

bestehen und einer Zulassun g bedürfen.

Die genannten Ausnahmen, die erfahrungsgemäß bei rich-

ti 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 pannten, homogenen Außenwand tre-

ten unter dem Einfluß instationärer Temperatureinwirkur-

gen (z. B. Tag- und Nacht-Temperaturdifferenzen) ther-

mische Eigenspannungen auf. Wie leicht einzusehen

und durch theoretische Untersuchungen von Gertis be-

stdtigt 91, treten die größten Spannungen an den Wand7

oberflächen und hier wiederum an den Außenoberflächen

auf, an denen auch infolge Besonnung die größten Tem-

peraturschwankungen 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 Sedimentge-

stein im Hochgebirge. Ausgehend von Oberflächenrissen

infolge extremer instationärer Temperaturwechselbean-

spruchung entsteht durch die zusätzliche Einwirkung

von Wasser und Frost der Abbau der härtesten Gesteine .

BUtt 12.......INSTITUT FOR BAUPHYSIKder Fraunhofer-Gesellschaft

Reduziert werden könnten die thermischen Eigenspannun-

gen an der Außenoberfläche dadurch, wenn der Wärmedehn-

koeffizient eines Körpers - konkret einer Außenwand -

von innen nach außen abnehmen würde,und zwar entspre-

chend der Zunahme der Temperaturschwankungen von innen

nach außen. Dann würden bei instationären Wärmeeinwir-

kungen kleinere Spannungsunterschiede im Wandquerschnitt

auftreten. *) Die kleineren Spannungsunterschiede in

Richtung des Temperaturgradienten hätten kleinere Scher-

kräfte zur Folge. Dies würde bei geschichteten Stoffen -

wie Mauerwerk mit Putz - das Ablösen einzelner Schichten

bei gerin ger Haftfestigkeit zwischen den Schichten redu-

zieren.

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 sy stematischen Untersuchungen vor. Vermut-

lich hat aber ein harter zementreicher Putz als Unter-

putz einen größeren Wärmedehnkoeffizienten als ein wei-

cherer Kalkputz als Oberputz. Gleiches gilt bekannter-

maßen für den Elastizitätsmodul, der in diesem Zusammen-

hang ebenfalls zu beachten ist. Dadurch wäre die alte

Handwerksregel über die Forderung eines Festi gkeitsge-

Es wäre zu überprüfen, ob dieses Prinzip in der orga-nischen Natur verifiziert ist, nämlich bei den Bäumen.Vielleicht hat das weichere äußere Splintholz der Baum-stämme einen kleineren Wärmedehnkoeffizienten als dashärtere, innere Kernholz? Allerdings sind hierbei auchQuell- und Schwindvorgän ge zu berücksichtigen.

INSTITUT FOR BAUPHYSIK Blatt 13der Fraunhofer-Gesellschaft

les des Putzes nach außen physikalisch begründbar.

Diese Regel stammt aber sicher aus einer Zeit, in der

es die Vielfalt von Baustoffen, Bindemitteln und Putz-

arten wie heute nicht gab. Man darf annehmen, daß Voll-

ziegel, Naturstein und Sumpfkalkmörtel die hauptsäch-

lichen mineralischen Baustoffe waren. Bei den daraus her-

gestellten 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 an-

dere praktische Erfahrungen zurückgeht.

Der einzige bisher gefundene Hinweis über den Putzauf-

bau stammt aus einer Enzyklopädie der bürgerlichen Bau-

kunst des Jahres 1794 [12], in der zwischen einem star-

ken 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 Be-

wurf 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 fol-

gende Erklärung plausibel: Fetter Luftkalkmörtel braucht

bei größeren Dicken relativ lange Zeit, um über die gesam-

te Dicke zu karbonatisieren und damit zu erhärten. Des-

F••

INSTITUT FOR BAUPHYSIK Blatt derFraunhofer-GeseHschaft

halb wurde - wenn dickere Putzschichten erwünscht wa-

ren (bei"besseren" Gebäuden) - die zweite Putzlage ma-

gerer ausgeführt. Durch den größeren Sandzuschlag wur-

de diese Lage poröser und ermöglichte durch Eindringen

von Kohlendioxyd ein rascheres Karbonatisieren der un-

teren 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 Elastizitäts-

moduls 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 un-

terschiedlichen Verformungseigenschaften der einzelnen

Schichten auftretenden Schubspannungen in den Kontaktebenen

hat Pilny in den sechziger Jahren eingehende Untersuchungen

durchgeführt (z. B. [13, 14]). Er hat auf Grand dieser Un-

tersuchungen darauf hingewiesen, daß innerhalb einer durch

Dehnungsfugen abgesetzten Wandfläche die im Mittelfeld

der Wand auftretenden Spannun gen unabhängi g von den

Wandabmessungen sind. Lediglich im Randbereich - nahe der

Dehnungsfugen - treten Spannungsspitzen auf. Das Anord-

nen vieler Dehnungsfugen bewirkt daher eine Vergrößerung

der schubbeanspruchten Flächenanteile. Dehnungsfugen füh-

ren somit bei starrem Verbund nicht zu einer Verminderung

der Spannungen. Der einzige Vorteil von Dehnungsfugen ist,

daß örtlich vorhandene Mängel der Haftfestigkeit und da-

durch entstandene Schäden auf den durch die Fugen getrenn-

ten Flächenbereich be grenzt werden.

INSTITUT FOR BAUPHYSIK Bait derFraunhofer-Gesell5chaft

Diese grundsätzlichen Überlegungen über den Putzaufbau

beim unmittelbaren Verputzen von Mauerwerk und die zu

erwartenden Spannungsverhältnisse sind wichtig im Ver-

gleich zu den andersartigen Verhältnissen beim Verputzen

von weichen Untergründen, wie Wärmedämmstoffe.

2.4 AuBenpuL,, auf weichen Wärmedämmschichten - Wärme-

dämm7Verbundsysteme

Bei Außenwänden aus einer tragenden Schicht und einer

außenseitigen Wärmedänmschicht mit Putz treten grundsätz-

lich 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 großen Temperaturschwankungen,dafür ist

aber die thermische Beanspruchung des Außenputzes um so

größer. Je nach dem Elastizitätsmodul ("Weichheit") der

Dämmschicht wird der Außenputz von der tragenden Wand-

schicht mehr oder weniger "entkoppelt". Auftretende Ver-

formungen bzw. Spannungen hängen von der "Anpassung" zwi-

schen Außenputz und Dämmstoff ab. Den Spannungen bzw.

Verformungen im unmittelbaren Bereich der Dämmplatten-

Fugen kommt dabei besondere Bedeutung zu.

Die im Zusammenhang mit Wärmedämm-Verbundsystemen auf-

tretende Problemstellung hinsichtlich des Putzes un-

terscheidet sich grundsätzlich von der Problemsteilung

im Zusammenhang mit dem Putz auf Mauerwerk bei starrem

Verbund.

INSTITUT FOR BAUPHYSIKder Fraunhofer-Geseilschaft

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 spe-

zielle Versuchseinrichtung gebaut. Das Meßprinzip und

der Versuchsablauf werden durch die schematische Dar-

stellung und die Beschreibung in Bild 9 erläutert. Die

Bilder 10 bis 12 geben durch Fotos der Versuchseinrich-

tung weitere Erläuterungen.

Mit Hilfe dieser Versuchseinrichtung wurden Messungen

über die Formänderungen bei Temperatur-Wechselbeanspru-

chung von Polystyrol-Hartschaumplatten unterschiedli-

cher Rohdichte ohne und mit Beschichtung durch einen

armierten Kunstharzputz durchgeführt. Zum Vergleich er-

folgten Messungen über die Formänderungen eines minera-

lischen Putzes auf Polystyrol-Hartschaumplatten, dessen

Unterputz wie bei dem Kunstharzputz mit einem Glasfaser-

Gittergewebe armiert war. Die Ergebnisse sind in den

Bilder 13 bis 17 dargestellt und werden im folgenden er-

läutert.

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 derPlatten bei Erwärmung zu ermöglichen.

Blatt ....

iNSTITUT FÜR BAUPHYSIKder Fraunhofer-Gesellschaft

auf, wie entsprechend den Temperaturänderungen zu er-

warten. Die Formänderungen der Platte und der Fuge sind

jeweils etwa gleich groß und bei den weichen Dämmplat-

ten 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 grö-

ßerem Elastizitätsmodul ist auf den festen Verbund mit

der unterseitigen Betonplatte der Versuchskörper zurück-

zuführen, deren Temperatur durch die oberseitige Dämm-

schicht und in Anbetracht der relativ kurzfristigen Tem-

peraturänderungen praktisch unverändert bleibt. Die ther-

mische Verformung der den Temperaturänderungen unmittel-

bar aus gesetzten Oberflächen der Dämmplatten wird offen-

sichtlich 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 (Gesamt-

putzdicke 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 Form-

änderungen der verputzten Dämmplatten bei Temperatur-

erhöhung unverhältnismäßig kleiner sind als bei Absen-

kung 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 Po-

lystyrol-Hartschaumplatten als auch der Kunstharzputze

hin. Weiterhin ist festzustellen, daß bei beiden Roh-

dichten 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 Blattder Fraunhofer-Geseilschaft

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 ha-

ben als im Falle der unverputzten Dämmplatten.

Das unterschiedliche Verformungsverhalten des Kunst-

harzputzes im Vergleich zum mineralischen Putz geht

aus der Darstellung von Meßergebnissen bei Temperatur-

wechselbeanspruchung in Bild 17 hervor. im Gegensatz

zu der geringen Expansion des Kunstharzputzes bei Erwär-

mung und der starken Kontraktion bei Akühlung entspre-

chen beim mineralischen Putz Expansion und Kontraktion

der Größe der Temperaturänderungen, unabhängig von deren

Richtung (Erwärmung oder Abkühlung). Außerdem ist aus

den Temperaturverläufen in Bild 17 die Wirkung der un-

terschiedlich großen Wärmespeicherfähigkeit eines 20 mm

dicken mineralischen Putzes und eines 4 mm dicken Kunst-

harzputzes zu erkennen. Bei gleichen vorgegebenen Luft-

temperaturen in der Erwärmungs- und Abkühlungsphase ver-

laufen die Temperaturänderungen beim Kunstharzputz we-

sentlich rascher als beim mineralischen Putz.

Wie bereits in Abschnitt 2.2 ausgeführt, ergibt bei ein-

seitiger Wärmeeinwirkung die Aufzeichnung der Längenän-

derung an einer Bauteiloberfläche in Abhängigkeit von der

Oberflächentemperatur eine Hysteresekurve. Eine durch die-

se 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 behan-

delten Warmedämmverbundsysteme darstellen, nicht zu er-

warten. Die aus Hysteresekurven gewonnenen mittleren Ge-

INSTITUT FOR BAUPHYSIK 19 aattderFraunhofer-Gesellschaft

raden sind in diesem Fall kennzeichnend für die Verfor-

mung des Außenputzes als Folge der Wechseiwirkunu zwi-

schen 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 bezeich-

net im Gegensatz zum Wärmedehnkoeffizienten u, der eine

Stoffeigenschaft ist. Im Verformungskoeffizienten a' kom-

men neben den Stoffeigenschaften die ira Einzelfall ge-

gebenen Fins pannbedingungen (Zwangskräfte) zur Auswirkung.

Derartige Hysteresekurven 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

23 kg/m3 und dem gleichen Kunstharzputz wie in den übri-

gen Fällen.

Das bereits aus den voran gegangenen Darstellungen ersicht-

liche unterschiedliche Verformungsverhalten des Kunstharz-

putzes bei hohen und niedrigen Temperaturen wird durch

die Hysteresekurven verdeutlicht: Bei Temperaturen von

über etwa 100C ist der Verformungskoeffizient kleiner

als bei tieferen Temperaturen. 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-6 -1 0

a' = 6 - 10 K ; bei Temperaturen unter 0C dagegen

das Vierfache (a' = 24 - 10 -6 K-1 ). Mit zunehmender Roh-

dichte des Polystyrol-Hartschaums nehmen die Unterschie-

de der Verformungskoeffizienten des Kunstharzputzes bei

hohen und tiefen Temperaturen ab, wie aus einem Vergleich

der Bilder 18, 19 und 20 ersichtlich ist.

INSTITUT FOR BAUPHYSIKder Fraunhofer-GeseHschaft

51,t 20

Dies ist durch das Zusammenwirken der temperaturabhän-

gigen Verformungseigenschaften von Kunstharzputz und Poly-

styrol-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 Temperaturanderungen im Gesamtsystem.

Im Gegensatz zu dem Kunstharzputz zeigt der minerali-

sche Putz auf Polystvrol-Hartschaum keine von der Tem-

peratur abhängige, unterschiedliche Verformung. Wie aus

Bild 21 zu ersehen, ist der Verformungskoeffizient im

ganzen Temperaturbereich zwischen -300C und 600C gleich.

Mit einem Wert von a' = 9,5 10 -6 K-1 dürfte der unter

den gegebenen Randbedingungen ermittelte Verformungsko-

effizient dem Wärmedehnkoeffizienten des mineralischen

Putzes praktisch gleichkommen. Bei der gegebenen Proben-

abmessung und den Versuchsbedingungen konnte sich der

mineralische Putz offensichtlich frei verformen ohne Be-

einflussung durch Zwan gskräfte auf Grund des Haftver-

bundes mit den Polystyrol-Hartschaumplatten und der unter-

seitigen Betonplatte. Dies ist auf Grund des großen Ela-

stizitätsmoduls des mineralischen Putzes im Vergleich

zum Kunstharzputz verständlich. Verständlich ist daher

auch, daß bei der ausgeprägten großen thermischen Wech-

selbeanspruchung keine Schäden beim mineralischen Putz

aufgetreten sind. Daher wurden ergänzend Messungen über

die Verformung von Putzen auf Polystyrol-Hartschaumplat-

ten an Wänden von Versuchshäusern in Holzflächen durchge-

führt , die im folgenden Abschnitt beschrieben werden.

NSTil- LJT FOR BAUPHYSIK

der Fraunhofer-Geselischaft

9 1Blatt:7 ...

3.2 Verformung des Putzes bei unterschiedlicher Behinderung

An Gebäuden treten durch die größeren Außenwandabmes-

sungen 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 grund, wie es bei Thermohaut -Systemen der Fall ist.

Trotz des kleinen Elastizitätsmoduls nLt.. bei weichen Dämm-

platten mit zunehmenden Flächenabmessung die Behinderung

für Außenputze auf Dämmstoffen zu und damit die auf den

Putz übert agenen Zwangskräfte. Je besser die Verformbar-

keit eines Außenputzes ist, desto kleiner ist die Gefahr

des Auftretens von Putzschäden als Fol ge der übertragenen

Zwangskräfte.

Um die Verformung der Außenputze in Abhängigkeit von

der Flächenabmessung zu erfassen, wurden Messungen an un-

terschiedlich großen Putzflächen an Versuchshäusern mit

Außendämmung durch Thermohaut-Systeme durchgeführt® Ge-

messen wurde die Temperatur und Längenänderung von

Putzflächen mit Abmessungen von 1 m, 2 in und 3 in bei na-

türlichem Tagestemperaturverlauf mit Besonnung. Bei den

unterschiedlichen Meßlängen waren Putze und Dämmplatten

bis auf das Mauerwerk von den angrenzenden Wandflächen ge-

trennt. Aus den registrierten Zeitverläufen der Ober-

flächentemperatur 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.

Blau - INSTITUT FUR BAUPHYSIKder Fraunhoter-Gesellschatt

Der Verformungskoeffizient des Kunstharzputzes nimmt

mit zunehmender Meßlänge ab. Auf die stärkere Behin-

derung mit zunehmender Meßlänge "reagiert" somit dieser

Putz durch eine geringere Verformung. Bei dem minerali-

schen Putz ist die Verformung insgesamt größer und die

Abnahme des Verformungskoeffizienten mit zunehmender Meß-

länge 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 Tragkonstruk-

tion - 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 Fas-

sadenbreite ohne Unterbrechung sich erstreckenden Bandes

(größere Behinderun g ). Dadurch können an den Grenzen zwischen

iNSTITUT FUR BAUPHYSIK Bist, der Fraenhofer7Gesellschaft

kleinen und großen Flächenbereichen, in denen unterschied-

liche Verformungs- bzw. S pannungsverhältnisse gegeben sind,

Risse entstehen. Das Auftreten solcher Risse hängt von den

Flächenverhältnissen (Fassaden gliederung) ab, vom Grad

des Verbundes zwischen Putz und Mauerwerk entsprechend

dem Elastizitätsmodul des Dämmstoffes und vom S pannungs-

Dehnungs-Verhalten des Außenputzes. Zur Vermeidung sol-

cher Risse sind eine geeignete Gliederung der Fassaden-

fläche durch Dehnungsfugen oder eine verstärkte Armie-

rung 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 peziell für Gasbeton; der in

Bild 25 von zwei Kunstharz putzen 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 Zugge-

schwindigkeit (Bild 25) bzw. eine damit verbundene Abnahme der

Bruchverformung gibt eine Erklärung für die größere Rißgefahr*)bei rascher Abkühlung (siehe Bild 1) .

Systematische Untersuchungen über die genannten Abhängig-keiten bei verschiedenen Kunstharzputzen sind nach Auf-bau einer speziellen Prüfeinrichtung vorgesehen.

24BUtt........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 Damn-

plattenstöße. Derartige Risse entstehen beim Uber-

schreiten der Zugfestigkeit des Putzes in der Ab-kühlphase bei der Temperaturbeanspruchung in der

Praxis. In diesem Zusammenhang sind Meßergebnisse

über die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von

Kunstharzputzen von der Temperatur und der Verfor-

mungsgeschwindigkeit von Bedeutung: je niedriger die

Temperatur ist und je rascher die Verformung erfolgt,

desto größer ist der E-Modul. Deshalb ist die Bean-

spruchung von Kunstharzputzen auch von den örtlichen

Klimaverhältnissen abhängig. Bei häufigem und raschem

Temperaturwechsel ist die Beanspruchung und damit das

Schadensrisiko größer als bei weniger rasch sich än-

dernden Klimabedingunuen.

Mit Hilfe einer speziellen Versuchsanordnung wurde das

Verhalten von Wärmedämm-Verbundsystemen bei Temperatur-

wechselbeanspruchung zwischen 5o°C und -25°C geprüft.

Entsprecende Untersuchungen erfolgten auch an Wänden

Von Versuchshäusern bei natürlicher Temperaturwechsel-

- beans pruchung. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen

in Verbindung mit grundsätzlichen Uberlegungen über

das Verformungs- und Spannungsverhalten von Putzen

auf verschiedenen Untergründen führten zu Folgerungen,

tNSTiTUT FUR BALIPHYSIK

Riatt ? 5

der Fraunhofer-Gesellscho.ft

die als Grundlage für weitere Untersuchungen und eber-

legungen im Zusammenhang mit Außendämmsystemen ver-

schiedener Art dienen können. Diese Folgerungen sind

nachstehend zusammengefaßt:

Der aus thermischen Einflüssen hervorgerufene Verformung s-

mechanismus ist bei mehrschichti gen 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 unter-

scheiden, der "starre Verbund" und der "nachgiebige Ver-

bund". 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 Bekleidung zu verstehen, unter

nachgiebigem Verbund der Fall der Wärmedämm-Verbundsysteme

mit leicht verformbaren Wärmedämmplatten (kleiner E-Modul).

Bei s t a r r e m V e r b u n d sind die Spannun-

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 ab-

nehmen soll, gilt nur für den Fall des starren Verbundes.

Bei nachgiebigen Verbund sind Ver-

formungen und Spannungen abhängig von den Flächenabmes-

sungen des Konstruktionselements. Je nachgiebiger der

Verbund bei Thermohaut-Systemen ist (je kleiner der E-Modul)

INSTITUT FUR BAUPHYSIKder Fraunhofer-Gesellschaft

26Blatt

der Dämmplatten), desto größere Anforderungen werden

an die Verformbarkeit des Außenputzes gestellt (die

ebenfalls in erster Linie durch den E-Modul zu beschrei-

ben ist). Bei beiden Stoffen ist der Elastizitätsmodul

nicht als konstant, sondern als abhängig von der Tem-

peratur und anderen Einflüssen zu betrachten (z. B. der

VerformungsgeschWindigkeit). Auch bei nachgiebigem Ver-

bund müssen die Eigenschaften des Putzes und des Unter-

grundes (Wärmedämmplatte) aufeinander abgestimmt wer-

den unter Beachtung der von Wandorientierung, Farbe und

Klimaverhältnissen abhängigen thermischen Beanspruchung

sowie den ban] ichen Behinderungen. So sind z B. le icht ver-

formbare Kunstharzputze bei extremen Beanspruchungen

besser geei gnet als mineralische Außenputze. Die For-

derungen für eine "richtige" Abstimmung sind im Fall

der Wärmedämm-Verbunds ysteme wesentlich komplexer als im

Fall eines starren Verbundes (verputztes Mauerwerk).

Für eine Quantifizierung der Forderungen sind umfangrei-

chere Untersuchungen notwendig als sie im Rahmen der

bisherigen Möglichkeiten erfolgen konnten. Kennzeichnende

Größen für die Beurteilung des Außenputzes bei beweg-

lichem Verbund sind der Elastizitätsmodul in Abhängig-

keit von der Temperatur und der Wärmedehnkoeffizient.

Weiterhin sind die Verformungseigenschaften - insbe-

sondere die Schubspannungsübertragung - des Dämmstoffes

zu erfassen.

[7]

[8]

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Piatt 27der Fraunhofey,GeseNschatt

5. Literaturhinweise

Künzel, H. und Mayer, E.: Uberprüfung vonAußendämmsystemen mit Styropor-HartschaumDBZ 6/76, S. 783-784.

[21

Künzel, H. Aufienseitige Wärmedämmung und Wit-terungsschutz. Gesundheits-Ingenieur 96(1975) H.5, S. 132-139.

3.1 Künzel,H.: Untersuchungen über das Verhaten von kunstharzbeschichteten Stvropor-Hartschaumplatten auf Außenwänden in derPraxis. Deutsche Bauzeitung 9 (1977).

Rieche, G.: Entwicklung von Eignungsprü-fungen für Voliwärmeschutzsysteme - Werk7stoffphysikalische Eigenschaften von außen-7'seitigen Wärmedämmverbundsystemen. 'Status-bericht 1978, Rationelle EnergieverwendungBMFT, Teil 1, S. 113-123.

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Künzel, H. und Holz, D.: Untersuchungen überFugenbewegun gen an einem Gebäude aus vorge-fertigten Ziegelmontagewänden (nicht veröffent-lichter Bericht B Ho 3/76 des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik im Auftrag der For-schungsgemeinschaft Montagebau mit Ziegeln).

Künzel, H. Die Bewe gungen in Fugen zwischenvorgefertigten Außenwandplatten. Betonstein-Zeitung 34 (1968), Nr. 2, S. 62-65.

JNSTITLIT FÜR BALIPFIYSIK Blatt 8

der Frauahofer-Gesellscheft

9 Gertis, K.: Wärmeeigenspannungen in homogenenAußenbauteilen unter instationären Temperatur-einwirkungen. 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 mi-neralischen Bindemitteln, Entwurf 1979, Ab-schnitt 5.

12 Stieglitz, Christian Ludwi g : Encyklopädieder bürgerlichen Baukunst. Leipzig 1794.

13 Pilny, F.: Zur Beanspruchun g keramischerWandbekleidungen. Tonindustrie-Zeitung 89(1965) , Heft 17/18, S. 389-394).

14 Pilny, F.: Entstehen und Beherrschen der Be-anspruchungen in Plattenbelägen. Boden, Wandund Decke, 1967, Heft 6 und 7.

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Bild 1: Zeitliche Verläufe der Oberflächentemperatur derBeschichtung auf Polystyrol -Hartschaumplatten (West-wand) während einiger aufeinanderfolgender Winter-tage und der Längenzunahme eines entstandenen Ris-ses in der Beschichtung längs eines Plattenstoßes,Die Rißvergrößerung trat jeweils in der Abkühlungs-phase bei raschem Temperaturabfall auf.

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Bild 2: Tagesverläufe der Außenputztemperatur untersommerlichen Bedingungen bei unterschiedli-chen Putzgründen (Westwände, heller Putzan-strich):

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B: Mauerwerk aus Steinenvon 600 kg/m3

Mauerwerk mit 5 cm Polystyrol-Hartschaum-platten

A: mit einer Rohdichte

mit einer Rohdichte

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Bild 3: Tagesverläufe der äußeren Oberflächentempera-turen von Außenwänden unterschiedlicher Orien-tierung unter sommerlichen Bedingungen. BeiWestwänden treten die höchsten Temperaturenund eine rasche Abkühlung auf (25 cm dicke Gas-betonwände mit hellem Anstrich).

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Bild 4: Temperaturunterschied zwischen der Beschich-tung auf Styropor und der Außenluft in Abhän-gigkeit von der Sonneneinstrahlung auf dieWände bei weißem und schwarzem Fassadenan-strich nach Messungen an unterschiedlich orien-tierten Wänden. Andere Farbtönungen liegenzwischen den Werten von schwarz und weiß,je nach deren Strahlungsabsorption.

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Bild 5: Zusammenhang zwischen der an der Außenoberflächegemessenen Änderung der Fugenbreite (Vertikalfugezwischen vorgefertigten Ziegel-Vergußtafeln) undder Temperatur der äußeren Wandoberfläche, gemes-sen im Erdgeschoß und im 7. Obergeschoß an einemSommertag. Bei Änderungen der Oberflächentempera-turen zwischen etwa 15°C und 45°C war die Fugen-bewegung im Erdgeschoß etwa um 4o% kleiner als imobersten Geschoß. (Unterschiedliche Druckvor-spannung durch lotrechte Auflast je nach Gebäude-höhe, die sich mit der thermischen Eigenspannungüberlagert. Dadurch entstehen unterschiedlichemittlere Verformungen).

- 34 -

Bild Mittlere Änderung der Fugenbreite (Vertikalfugezwischen vorgefertigten Ziegel-Vergußtafeln) inAbhängigkeit von der Wandoberflächentemperaturan verschiedenen Tagen im Laufe eines Jahres,gekennzeichnet durch Tag und Monat der Messung(7. Obergeschoß).

Winter Sommer Winter

Bild 7: Jahreszeitlich bedingte Änderung derFugenbreite infolge von Quell- und Schwind-vorg:dngen, ermittelt aus Bild 6 für eineTemperatur von 20°C (7. Obergeschoß).

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Ansicht der Dämmplattenund Meßpunkte

Zei tTempera turwechselbeanspr uchung

50 °C

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Bild 9: Schematische Darstellung der Versuchsanordnung und-durchführung zur Prüfung des Verhaltens von Warme-dämm-Verbundsystemen bei Temperaturwechselbeanspru-chung.

Die auf einem Wagen horizontal gelagerte Versuchspro-be (10 cm dicke Betonplatte mit oberseitig auf gebrach-ten Dämmplatten und Putz, Abmessung der Prüffläche150 cm x 150 cm) kahn durch Uberdecken durch eineWärmhaube oder Kühiplatte abwechselnd auf Oberflä-chentemberaturen von 50°C bzw. -20 bis -300C gebrachtwerden. Auf der Prüffläche können drei Dämmplattender Größe 50 cm x 100 cm angeordnet werden mit dreiFugen (Meßabschnitte I, II und IT1). Gemessen werdenOberflächentemperaturen und Längenänderungen der Platten-oberflächen sowie die "Smderungen der Fugenbreite (siehePfeile) bei unbeschichteten und beschichteten Dämm-platten. Die Messung der Längenänderungen erfolgt mitHilfe von induktiven Weggebern.

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt 38derFreunhofer-Gesellschaft

Bild 10: Versuchseinrichtung zur Prüfung des Ver-haltens von Wärmedämm-Verbundsystemenbei Temperaturwechselbeanspruchung (Wa-gen mit Versuchsprobe, darüber Wärmhaube,die auf die Probe aufgesetzt wird, linksKühlplatte).

39Blat[ INSTITUT FUR BAUPHYSIK

der Fraunhofer-Gesellschaft

Bild 11: Kühlplatte (soledurchflossere Kühl-leitungen im Edelstahl gehäuse). InVerbindung mit einem Kihlaggregatkann an der Plattenunterseite eineminimale Temperatur von -30°C erzieltwerden.

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt 4o

der Fraunhofer-Gesellschaft

Bild 12: Versuchsprobe auf Wagen. Hier Dämm-platten ohne Beschichtung auf Beton-platte aufgeklebt. Meßvorrichtun-gen zur Ermittlung der Längenänderungder Platten und der Breitenänderungder Fugen mit Hilfe von induktivenWeggebern.

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Bild 16: Temperaturwechseibeanspruchung und Formdnderunctenvon verputzter Dämmplatte und Fuge zwischen zweiDämmplatten bei Polystvrol-Hartschaumpiatten, Roh-dichte 30 kg/m 3 mit Kunstharzputz(Dicke der Damm-.platten 60 mm).

3 4 5 6

Zeit h3

7

Bild 17: Tempe raturwechseibeanspruchung und Formänderungenvon verputzten Polystyrol-Hartschaumplatten (Roh-dichte 3o bzw. 25 kg/m 3 ) bei Verwendung von Kunst-harzputz bzw. mineralischem Putz (Dicke der Dämm-platten 6c mm, Meßstrecke 90 cm).

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-20 0 20 40 60

Oberfichentemperatur [ 0 0 3

Bild 18: Längenanderun g des geprüften Kunstharz-putzes auf Polvstyrol-Hartsehaumplatten der Rohdichte 15 km/m3 in Abhängigkeitvon der Oberflächentemperatur bei Tern-peratur-Wechselbeanspruchung gemäß Bild 14.

Oberflächentemperatur [00]

Bild 19: Längenänderung des geprüften Kunstharz-pützes auf Polvstyrol-Hartschaumplat-

ten der Rohdichte 23 kq/m 3 in Abhängig-keit von der Oberflächentemperatur beiTemperatur-Wechselbeanspruchung.

Oberf t chentemperatur

Bild 20: Längenänderung des geprüften Kunstharzputzesauf Polystvrol-Hartschaumplatten der Rohdich-te 30 kg/m3 in Abhängigkeit von der Oberflä-chentemperatur bei Temberatur-Wechselbean-spruchung gemäß Bild 17.

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Obertlächentemperatur [°C11

Bi d 21: Längenänderung des geprüften mineralischen Putzes auf Polystvrol-Hartschaumplatten der Rohdichte 25 kg/mJ in Abhängigkeit von derOberflächentemperatur bei Temperatur-Wech-selbeanspruchung gemäß Bild 17.

10

CD

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04

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2 3 5Meßlänge [rn]

Bild 22: Verformungskoeffizienten eines mineralischenPutzes und eines Kunstharzputzes auf Polysty-rol-Hartschaumplatten in ,Abhängigkeit von derauf der Putzfläche gewählten Meßlänge, ermit-telt an Außenwänden bei natürlichem Tagestempe a-turverlauf mit Besonnung. Bei den unterschied-lichen Meßlängen waren Putze und Dämmplattenbis auf das Mauerwerk von den angrenzenden Flä-chen getrennt. Bei. Kunstharzputz wurden zweiverschiedene Putzarten geprüft, die durch Punktebzw. Kreise gekennzeichnet sind. (Bereich derOberflächentemperaturen bei der Messung: lo°C-4o0C)

INSTITUT FUR BAUPHYSIK Blatt 51der Fraunhofer- Geeellec:heft

Bild 23: Rißbildung in mineralischem Außen-putz auf Polystyrol-Hartschaumplat-ten, ausgehend von einer oberen Fen-sterecke, an der Fassadenflächen mitunterschiedlichen Abmessungen anein-andergrenzen.

20 248 12 16

••••••••

tn0

Temperatur °C

Bild 24: Elastizitätsmodul von Kunstharzbeschichtungenin Abhängiqkeit von der Temperatur bei einerZuggeschwindigkeit von 1 mm/min., MeBlänge100 mm, rel. Luftfeuchte 70-75 %.

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Bild 25: Elastizitätsmodul von Kunstharzputzen in Ab-hängigkeit von der Zuggeschwindigkeit (schemati-sierte Darstellung aufgrund von Messungen anzwei verschiedenen Putzen bei einer Tempera-tur von 20°C).

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