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Putzmörtel für gezielte AnwendungenDas Zusammenspiel von Bindemitteln, Zuschlag und Zusätzen___________________________________________________________________

Dr. Helmut Kollmann

Esslingen, 5. März 2009

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Dr. Helmut Kollmann, Dipl.-Min.

Studium Technische Mineralogie, Universität Gießen

1978 Promotion „Experimentelle Untersuchungen über Ausblühungs- und Treib-Erscheinungen an Baustoffen durch Sulfate“

Seit 1979 in der Baustoffindustrie tätig. Leiter Forschung und Entwicklung Fa. epasit, Altingen

Mitarbeit in Fachausschüssen beiDeutsche BauchemieWTA (Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege)

Ca. 80 Veröffentlichungen zu bauspezifischen Themen.

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Definition von Putzen

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Putz ist ein an Wänden und Decken ein- oder mehrlagig in bestimmter Dicke aufgetragener Belag aus Putzmörteln oder Beschichtungsstoffen, der seine endgültige Eigenschaft erst durch Verfestigung am Baukörper erreicht.

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Definition von Putzen

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Putze übernehmen je nach den Eigenschaften der verwendeten Mörtel bzw. Beschichtungsstoffe und der Dicke des Belages bestimmte bauphysikalische Aufgaben. Zugleich dienen sie der Oberflächengestaltung eines Bauwerkes.

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Definition von Putzen

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Mörtel + Wasser = Putz

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Bezeichnungen von Putzarten

- nach Zusammensetzung

- nach Verarbeitungsweise

- nach Aussehen

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Bezeichnungen von Putzarten nach Verarbeitungsweise:

Abrieb – Besenwurfputz – Besenzugputz – Feinzug – FilzputzGlättputz – Kammputz – Kammzugputz – KellenputzKellenstrichputz – Kellenwurfputz – Kratzputz – ModellierputzNagelbrettputz – Naturputz – Patschputz – PinselputzRappputz – Reibeputz – Rollputz – Scheibenputz – SchlämmputzSgraffito – Spritzputz – Stechputz – Stempelputz – StockputzStreichputz – Strukturputz – Walzputz – Waschputz - Waschelputz

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Werkzeug zum Putzauftrag

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Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung

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Bezeichnungen von Putzarten nach Aussehen:

Altdeutscher Putz - Brandenburger Putz - ErleweinputzGlattputz - Klosterputz - Landhausputz - MadenputzMünchner Rauputz - Nagelputz - Nesselputz - Nesterputz Quaderputz - Raupenputz - Riffelputz - Rillenputz - RindenputzRusticputz/Rustikaputz - Steinputz - StuccolustroVerbandelungsputz - Wellenputz - WürmerputzWurmputz - Zierputz

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Historische Putzweise von regionaler Bedeutung (Brandenburg). In den frischen, mit Holzkohle pigmentieren Kalkputz wurde mit einem Nagelbrett eine Löcherstruktur eingedrückt.

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Rustikaputz (oben)Verbandelungsputz (unten)

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Bezeichnungen von Putzarten nach Zusammensetzung:

Kalkputz - Kalkzementputz - ZementputzTrasskalkputz - TrasszementputzKalkgipsputz - Gipskalkputz – Gipsputz - AnhydritputzLehmputz

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Bezeichnungen von Putzarten nach Zusammensetzung: Kalkputze

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MG Mörtelart Binde-mittel Zusatz

Druck-festigkeit d

in N/mm²

Übliche Anwendung

P I a Luftkalk-mörtel

Luftkalkteig oder Kalkhydrat

Zementohne Anforde-rungen

innen, außen nur mit Zusatz

P I b Wasserkalk-mörtel

Wasserkalk-teig Zement

ohne Anforde-rungen

innen, außen nur mit Zusatz

P I c

Mörtel mit hydrau-lischem Kalk

Hydrauli-scher Kalk - 1,0

innen, außen meist mit Zusatz

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Bezeichnungen von Putzarten nach Zusammensetzung: Kalkzementputze

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MG Mörtelart Binde-mittel Zusatz

Druck-festigkeit d

in N/mm²

Übliche Anwendung

P II a

Mörtel mit hochhydrau-lischem Kalk

Hochhydrau lischerKalk

- 2,5innen und außen,wasserabweisend nur mit Zusatz

P II b Kalkzement-mörtel

Kalkhydrat und Zement

- 2,5innen, außen nur mit Zusatz

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Bezeichnungen von Putzarten nach Zusammensetzung: Zementputze

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MG Mörtelart Binde-mittel Zusatz

Druck-festigkeit d

in N/mm²

Übliche Anwendung

P III a

Zement-mörtel mit Zusatz von Kalkhydrat

Zement und Kalkhydrat

- 10 innen und außen

P III b Zement-mörtel Zement - 10 außen

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Bezeichnungen von Putzarten nach Zusammensetzung: Gipsputze

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MG Mörtelart Binde-mittel Zusatz

Druck-festigkeit d

in N/mm²

Übliche Anwendung

P IV a Gipsmörtel Stuckgips + Putzgips Weißkalk 2,0 innen

P IV b Gipssand-mörtel

Stuckgips o. Putzgips Weißkalk 2,0 innen

P IV c Gipskalk-mörtel

Putzgips o. Stuckgips+ Kalkhydrat

- 2,0 innen

P IV d Kalkgips-mörtel

Kalkhydrat +Putzgips o. Stuckgips

-ohne Anforde-rungen

innen

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Bezeichnungen von Putzarten nach Zusammensetzung: Anhydritputze

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MG Mörtelart Binde-mittel Zusatz

Druck-festigkeit d

in N/mm²

Übliche Anwendung

P V a Anhydrit-mörtel

Anhydrit-binder - 2,0 innen

P V b Anhydritkalk mörtel

Anhydrit-binder + Kalkhydrat

- 2,0 innen

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Untersuchung historischer Mörtel

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Beurteilung einer Baustoffprobe unter dem Auflichtmikroskop

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Untersuchung historischer Mörtel

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Dünnschliff eines historischen Kalkputzes mit Schlämmschicht (oben), Lichtmikroskopische Aufnahme mit gekreuzten Polarisatoren und Gipskompensator.

(Klosterkirche Spieskappel)

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Untersuchung historischer Mörtel

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Chemische Analysen

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Putzmörtel bestehen aus: - Bindemitteln- Zuschlag (Gesteinskörnungen)- Zusatzstoffen (maximal 15 M.-%) - Zusatzmitteln (maximal 2 M.-%)

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Bindemittel:

- Lehm

- Kalke

- Gipse

- Zemente

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Chemische Formeln für gebräuchliche mineralische Bindemittel:

LehmGemisch aus Ton, Kalkstein und Quarz TonGemisch aus verschiedenen Schichtsilikaten

z.B. Montmorillonit Al2[(OH)2/Si4O10].nH2O 

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Bindemittel:

Baugipse

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Bindemittel:

Baukalke

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Bindemittel:

Zemente

Herstellung aus Mergel (natürliches Gemisch aus Kalkstein und Ton)Brennen bis zur Sintergrenze = ZementklinkerVermahlen mit Gips + Hüttensand, Trass, Flugasche, Kalkstein 

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Bindemittel:

Zemente

Zementklinker50 bis 66 % CaO = C18 bis 26 % SiO2 = S 4 bis 10 % Al2O3 = A 2 bis 5 % Fe2O3 = F 

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Bindemittel:

Zemente

Zementklinker

Tricalciumsilikat (“Alit”) 3CaO.SiO2 = C3S

Dicalciumsilikat (“Belit”) 2CaO.SiO2 = C2S

Tricalciumaluminat (“Celit”) 3CaO.Al2O3 = C3A

Tricalciumaluminatferrit 4CaO.Al2O3.Fe2O3 = C4AF

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Art und Anteil der Bindung bei Kalk- und Zementputzen

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Gesteinskörnungen:

- Mineralischer Zuschlag mit dichtem Gefüge (z.B. Natursand, Brechsand, Granulat)

- Mineralischer Zuschlag mit porigem Gefüge (z.B. Perlit, Blähton, geblähte Schmelzflüsse)

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Prüfung des Sandes

- Kornzusammensetzung

(Sieblinie)

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Prüfung des Sandes

- abschlämmbare

Bestandteile

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Prüfung des Sandes

- organische

Verunreinigungen

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Prüfung des Sandes

- abschlämmbare Bestandteile

- organische Verunreinigungen

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Zusatzstoffe:

- Gesteinsmehle (z.B. Kalksteinmehl, Quarzmehl)

- latent hydraulische Stoffe „Puzzolane“ (z.B. Trass, Flugasche, Glasmehl, Hüttensand, Ziegelmehl, Silicastaub)

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Nach historischem Befund rezeptierter Kalkputz. Deutlich zu erkennen sind die eingemischten „Kalkspatzen“.

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Für Putzmörtel gebräuchliche mineralische Zusatzmittel:

- je nach gewünschter Eigenschaft

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Typische „historische“ Zuschläge und Zusätze für Putze:

Seesand, Dachs- und Gamshaare, Ziegelbruchstücke, Muschelschalen, Holz und Stroh.

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Durch Zusatzmittel werden Änderungen der physikalischen Eigenschaften von Mörteln hervorgerufen.

Auch der Farbton kann durch die Zugabe von Zusatzmitteln geändert werden.

Bei den Zusatzmitteln handelt es sich meist um organische Stoffe.

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Bei historischen Mörteln wurden diese Mittel empirisch, oftmals sogar als Opfergaben eingesetzt. Es wurden Zusätze verwendet, die in der Regel in ausreichendem Maße zur Verfügung standen. Meist handelte es sich um Eiweißprodukte (Blut, Eier, Quark, Kaseïn) oder um Fettprodukte (Öl, Seife). Auch anorganische Stoffe, wie Holzkohle, Gips oder andere Minerale wurden verwendet.

Größenordungsmäßig beträgt die Menge an Zusatzmitteln in Putzen maximal 2 Masse-%, bezogen auf die gesamte Mörtelmischung.

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Beeinflusste Eigenschaft

- Luftporengehalt- Wasserrückhaltevermögen- Standfestigkeit- Elastizität- Haftfestigkeit- Wasserabweisung- Abbindezeit (Verzögerung, Beschleunigung)- Farbton

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Beeinflusste EigenschaftLuftporengehalt

ZweckVerbessern der VerarbeitungseigenschaftenVerringern der RohdichteErhöhen der FrostbeständigkeitErhöhen der WasserdampfdurchlässigkeitEinlagern von Salzen

WirkungsweiseVerändern der Oberflächenspannung des Anmachwassers, dadurch Bildung von kleinen, stabilen Luftporen

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Beeinflusste EigenschaftLuftporengehalt

Historische ZusatzmittelBlut

Synthetische ZusatzmittelTenside

Effekt bei ÜberdosierungErhöhen der KlebrigkeitSchlechte Verarbeitbarkeit

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Beeinflusste EigenschaftLuftporengehalt

Bestimmung

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Beeinflusste EigenschaftWasserrückhaltevermögen

ZweckVerhindern des „Aufbrennens“ durch zu frühe Wasserabgabe an den Untergrund,Verbessern der Verarbeitungseigenschaften

WirkungsweisePhysikalisches Binden von Anmachwasser im quellfähigen Zusatzmittel

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Beeinflusste EigenschaftWasserrückhaltevermögen

Historische ZusatzmittelHolzfasern

Synthetische ZusatzmittelZellulose

Effekt bei ÜberdosierungErhöhen der KlebrigkeitSchlechte VerarbeitbarkeitStörung der Abbindedauer und der Erhärtung

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Beeinflusste EigenschaftWasserrückhaltevermögen

Bestimmung

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Beeinflusste EigenschaftStandfestigkeit

ZweckVerhindern des Abrutschens vom Untergrund

WirkungsweisePhysikalisches Binden von Anmachwasser im quellfähigen Zusatzmittel

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Beeinflusste EigenschaftStandfestigkeit

Historische ZusatzmittelBentonitStärke

Synthetische ZusatzmittelStärkeäther

Effekt bei ÜberdosierungErhöhen der KlebrigkeitSchlechte Verarbeitbarkeit

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Beeinflusste EigenschaftElastizität

ZweckVerhindern der Rissbildung

WirkungsweiseVerbundBildung eines „Armierungsgerüstes“

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Beeinflusste EigenschaftElastizität

Historische ZusatzmittelTierhaareStrohHolzfasern

Synthetische ZusatzmittelCellulosefasernGlasfasernPolymerfasern

Effekt bei ÜberdosierungSchlechte Verarbeitbarkeit

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Beeinflusste EigenschaftElastizität

Bestimmung

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Beeinflusste EigenschaftHaftfestigkeit

ZweckVerbessern des Haftens auf dem Untergrund

WirkungsweiseKlebewirkung

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Beeinflusste EigenschaftHaftfestigkeit

Historische ZusatzmittelQuarkKaseïnBlut

Synthetische ZusatzmittelPolymerdispersionen

Effekt bei ÜberdosierungErhöhen der KlebrigkeitSchlechte Verarbeitbarkeit

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Beeinflusste EigenschaftHaftfestigkeit

Bestimmung

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Beeinflusste EigenschaftWasserabweisung

ZweckVerringern der kapillaren Leitfähigkeit

WirkungsweiseErhöhen der Oberflächenspannung in den Kapillaren

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Beeinflusste EigenschaftWasserabweisung

Historische ZusatzmittelTierische und pflanzliche FetteÖleSeifen

Synthetische ZusatzmittelStearateOleatePalmitateSiliconharz

Effekt bei ÜberdosierungVerringern der Endfestigkeit

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Beeinflusste EigenschaftWasserabweisung

Bestimmung

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Abperleffekt auf einer hydrophoben Putzoberfläche

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Beeinflusste EigenschaftAbbindezeit (Verzögerung)

ZweckVerlängern der Verarbeitbarkeitszeit und der Abbindezeit

WirkungsweiseVerlangsamen der Bindemittelreaktion

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Beeinflusste EigenschaftAbbindezeit (Verzögerung)

Historische ZusatzmittelGips, Zucker, WeinLeimwasser, Borax, Eibischwurzel

Synthetische ZusatzmittelFruchtsäuren, Phosphate, Silicofluoride, Saccharosen, Ligninsulfonate, Hydrogencarbonsäure

Effekt bei ÜberdosierungBeschleunigen der AbbindezeitAusblühungenTreiberscheinungen

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Beeinflusste EigenschaftAbbindezeit (Beschleunigung)

ZweckVerkürzen der Verarbeitbarkeitszeit und der Abbindezeit

WirkungsweiseBeschleunigen der Bindemittelreaktion und der Festigkeitsentwicklung

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Beeinflusste EigenschaftAbbindezeit (Beschleunigung)

Historische ZusatzmittelGips

Synthetische ZusatzmittelChlorideAluminateCarbonate, Hydrogencarbonate

Effekt bei ÜberdosierungZu geringe EndfestigkeitAusblühungenTreiberscheinungen

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Meist sind Kombinationen von Zusatzmitteln notwendig, um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen.

Mitunter werden auch solche Zusatzmittel kombiniert, die sich auf den ersten Blick widersprechen.

Zum Einstellen der Abbindeeigenschaften wird beispielsweise oft eine Kombination aus Zitronensäure (Verzögerer) und Soda (Beschleuniger) verwendet. In der Praxis ergänzen sich diese beiden Stoffe jedoch.

Der eine verzögert in der Anfangsphase und erlaubt so eine gute Verarbeitung, der andere bringt anschließend eine rasche Erhärtung.

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Beeinflusste EigenschaftFarbton

ZweckAnpassen des Farbtons

WirkungsweiseVerteilung des Pigments in der Bindemittelmatrix

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Beeinflusste EigenschaftFarbton

Historische ZusatzmittelHolzkohleMineraleGesteinsmehlZiegelmehl

Synthetische ZusatzmittelAnorganische/mineralische PigmenteOrganische Pigmente

Effekt bei ÜberdosierungAusblutenFleckenbildung

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Pigmente dienen in erster Linie zur farblichen Anpassung. Sie können jedoch auch andere Eigenschaften beeinflussen.

So fördert beispielsweise fein gemahlene Holzkohle die Carbonatisierung und macht den Putz elastischer sowie widerstandsfähiger gegen Frost.

Gebrannte Siena-Erde oder Ziegelmehl wirken latent-hydraulisch wie Puzzolane.

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Beispiel Sanierputz

Sanierputzsysteme dienen zum Verputzen feuchter und/oder salzhaltiger Mauerwerke. Baustoffschädigende Salze werden im Putz eingelagert und somit von der Putzoberfläche ferngehalten. Eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit des Putzsystems begünstigt die Austrocknung des Mauerwerks.

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Beispiel Sanierputz

Definition

"Sanierputze … sind Putze mit hoher Porosität und Wasserdampfdurchlässigkeitbei gleichzeitig erheblich verminderter kapillarer Leitfähigkeit."

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Beispiel Sanierputz

Anforderungen an Sanierputz gemäß WTA-Merkblatt 2-9-04/D

FrischmörtelFrischmörtelkonsistenz in mm 170 ± 5 Frischmörtelrohdichte in kg/m³ Deklarierter Wert Luftgehalt in Vol.-% > 25 Wasserrückhaltevermögen in % > 85Verarbeitbarkeitszeit in min -

Eigenschaften bei MaschinenverarbeitungLuftporengehalt in Vol.-% Deklarierter Bereich Frischmörtelrohdichte in kg/m³ Deklarierter BereichPorosität in Vol.-% > 40  

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Beispiel Sanierputz

FestmörtelTrockenrohdichte in kg/m³ Richtwert < 1.400 Biegezugfestigkeit in N/mm² Deklarierter BereichDruckfestigkeit in N/mm² 1,5 bis 5,0Festigkeitsverhältnis < 3Haftzugfestigkeit in N/mm² ≥ 0,05 Bruchbild anzugeben Kap. Wasseraufn. (24 h) in kg/m² > 0,3Wassereindringung in mm ≤ 5µ-Wert < 12Porosität in Vol.-% > 40 Salzresistenz bestandenWärmeleitfähigkeit in W/mK TabellenwertBrandverhalten Klasse Dauerhaftigkeit anzugeben

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Beispiel Sanierputz

Rohstoff %Zement 15,0Kalk 5,0Sand 64,0Füller 14,0Leichtzuschlag 1,0Zusatzmittel* 1,0Mischung 100,0

Zusatzmittel fürLuftporenbildung, Wasserrückhaltung, Wasserabweisung, Verarbeitbarkeit

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Beispiel Sanierputz

Hohe Porosität

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Beispiel Sanierputz

Hohe Wasserdampfdurchlässigkeit

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Beispiel Sanierputz

Geringe kapillare LeitfähigkeitLinks Sandstein – rechts Sanierputz

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Beispiel Sanierputz

1 Mauerstein 2 Fuge 3 Spritzbewurf 4 Sanierputz 5 Oberputz 6 Bindemittel 7 Zuschlag 8 Poren 9 Kapillarwasser + Salze10 Salzablagerung11 Wasserdampfdiffusion

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Beispiel Sanierputz

Der Sanierputz läuft am Rand „auf Null“ aus. Er ist in diesem Bereich noch saugfähig,

so dass die Farbe des aufgemalten Bildes dort sowie am nicht verputzten Sandstein abgeblättert ist.

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Nadelförmige Sulfat-Kristalle, die in einer Sanierputz-Pore auskristallisiert sind. Aufnahme mit dem Raster-Elektronen-Mikroskop.

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Beispiel Sanierputz

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Objektbeispiel

Villa Merkel, Esslingen

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Objektbeispiel

Bestandsuntersuchungen

Visuelle und mechanische Beurteilung

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Objektbeispiel

Bestandsuntersuchungen

Villa Merkel, Probe VM 26, BM, 100°C

01-079-1344 (C) - Dolomite - CaMg(CO3)2 - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh)

00-033-0268 (I) - Vaterite - CaCO3 - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 7.14730 -

00-020-0452 (I) - Gismondine - CaAl2Si2O8·4H2O - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Monocli

00-033-0311 (*) - Gypsum, syn - CaSO4·2H2O - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Monoclinic -

01-089-1304 (C) - Calcite, magnesium, syn - (Mg0.03Ca0.97)(CO3) - d x by: 1. - WL:

Villa Merkel Natursteintagung - File: VM 26 BM 100.raw - Type: 2Th/Th locked - Start:

Sq

rt (

Co

un

ts)

0

1

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

2-Theta - Scale

6 10 20 30 40 50 60 70

Untersuchungen mit Rasterelektronenmikroskop und Röntgendiffraktometer

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Objektbeispiel

Bestandsuntersuchungen

Radar-Messungen

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Objektbeispiel

Materialeinsatz

Einsatz-bereich Produkt Materialbasis

Auffüttern Beton/Estrich

- Grauzement- Quarzsand bis 1,2 mm- Quarzriesel bis 6,0 mm+ Stabilisationsflüssigkeit

Zement-Grobmörtel

- Grauzement- Quarzsand bis 1,2 mm- Weißkalkhydrat+ Stabilisationsflüssigkeit

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Objektbeispiel

Materialeinsatz

Einsatz-bereich Produkt Materialbasis

AuffütternReparatur-mörtel

- Grauzement- Quarzsand bis 0,4 mm- Weißkalkhydrat+ Stabilisationsflüssigkeit

Naturstein-Restaurier-mörtel,feinkörnig

- Hydraulischer Kalk- Quarzsand bis 0,1 mm- Pigmente+ Stabilisationsflüssigkeit

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Objektbeispiel

Auffüttern

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Objektbeispiel

Materialeinsatz

Einsatz-bereich Produkt Materialbasis

Ergänzung,Ersatz

Naturstein-Restaurier-mörtel,grobkörnig

- Hydraulischer Kalk- Quarzsand bis 1,2 mm- Pigmente+ Stabilisationsflüssigkeit

Naturstein-Restaurier-mörtel,feinkörnig

- Hydraulischer Kalk- Quarzsand bis 0,1 mm- Pigmente+ Stabilisationsflüssigkeit

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Objektbeispiel

Ergänzung, Ersatz

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Objektbeispiel

Materialeinsatz

Einsatz-bereich Produkt Materialbasis

Rissinstand-setzung

Füllgrund Gefüllte, wässrige Silicon-Acryl-Emulsion

Naturstein-Restaurier-mörtel,feinkörnig

- Hydraulischer Kalk- Quarzsand bis 0,1 mm- Pigmente+ Stabilisationsflüssigkeit

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Objektbeispiel

Rissinstandsetzung

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Objektbeispiel

Villa Merkel, Esslingen

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Objektbeispiel

Kreuzritterburg, Akko/Israel

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Objektbeispiel

Forderungen an den Putz:

1. Das Material soll aus Kalk mit maximal 5 % Zement bestehen.

2. Das Material muss dem für Akko typischen Klima widerstehen.

3. Die physikalischen Eigenschaften müssen denen der verwendeten Sandsteine nahe kommen.

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Objektbeispiel

Forderungen an den Putz: Eigenschaften Einheit Anforderung MesswertFrischmörtelFrischmörtelrohdichte kg/m³ < 1.500 1.330Luftporengehalt Vol.-% > 25 31Wasserrückhaltevermögen % > 85 94FestmörtelFestmörtelrohdichte kg/m³ < 1.400 1.088Druckfestigkeit N/mm² < 5 1,4Haftzugfestigkeit N/mm² > 0,05 0,09Kapillare Wasseraufnahme kg/m² (24 h) > 0,3 0,4Wassereindringung mm < 5 4Wasserdampfdurchlässigkeit (µ) ≤ 10 4Porosität Vol.-% > 40 48Salzresistenz - bestanden bestanden

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Objektbeispiel

Innenbereich, Anlegen von Musterflächen

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Bei Fragen und Wünschen erreichen Sie mich hier:

Dr. Helmut Kollmann 07032/201522 oder 0173/6687537

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