Untersucht: Das Verhalten von Dämmungen bei/nach Hochwasser (Langfassung)

(14.7.2013) Nachdem in den überfluteten Gebieten das Hoch­wasser langsam zurück geht, stehen viele Hausbesitzer vor der Frage, ob ihre gedämmten Kellerwände, Kellerdecken, Fas­saden und Außenwände durch das Hochwasser nachhaltig ge­schädigt wurden. Die nachfolgend dargestellten Überlegungen und Untersuchungen vom ...

• Institut für Wärmeschutz (FIW) sowie
• Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP)

...  im Auftrag des Gesamtverbandes Dämmstoffindustrie (GDI) zeigen, dass für die meisten vom Hochwasser betroffenen Dämmstoffe keine Probleme zu erwarten sein sollten. Für einige Dämmstoffe hat das Wasser aber zu einer deutli­chen Veränderung der mechanischen Eigenschaften geführt, die nicht reversibel sind und eines Neuauf­baus der Dämmschicht bedürfen - siehe auch Kurzfassung der Untersuchung.

Für andere Materialien werden die mechanischen Eigenschaften nur gering durch das Hochwasser beeinflusst. Diese Dämmstoffe könnten an den durchnässten Bauteilen verbleiben, wenn eine Austrocknung der Dämmung und vor allem der tragenden Bau­teile möglich ist. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen des Hochwassers auf Dämmungen beschrieben und das Austrocknungsverhalten der durchnässten Bauteile für eine betroffene Klimaregion mittels dynamischer Simulation untersucht.

Schadenssituation

Die Überflutung betraf bei einem Großteil der Gebäude Keller, Erdgeschoss und ers­tes Obergeschoss. Demnach sind Außenwände beheizter und unbeheizter Räume, ge­dämmte Kellerdecken und Fußbodendämmungen unter Estrichen betroffen. Stand ein Gebäude auch mit dem Dachstuhl im Wasser, ist davon auszugehen, dass nicht nur die Dämmung, sondern auch viele Holzbauteile vollständig durchnässt sind. Hier muss die Konstruktion ohnehin geöffnet werden, damit sie ohne dauerhafte Holzschädigung austrocknen kann. Zudem sind gedämmte Installationsleitungen und Heizungsrohre betroffen.

Wie lange waren die Bauteile unter Wasser?

Die Dauer der Überschwemmung variierte vor allem mit geographischer Lage und Nei­gung des überfluteten Geländes. Sie war regional sehr unterschiedlich und schwankt zwischen wenigen Stunden und Wochen. Vielerorts standen Gebäude tagelang meter­hoch unter Wasser, das teilweise mit Schlamm durchsetzt und stark verunreinigt war. Für die dynamische Simulation des Austrocknungsverhaltens gehen die Autoren von Konstruktionen aus, die über 14 Tage vollständig untergetaucht waren.

Welche Bauteilaufbauten sind betroffen?

Betroffen sind alle üblichen Außenwandkonstruktionen mit Außen-, Innen- und Kern­dämmung, gedämmte Kellerdecken und Fußbodendämmungen mit Trittschalldämmung unter dem Estrich. Da davon auszugehen ist, dass das Wasser in der Mehrzahl der Fälle innen und außen gleich hoch stand, ist die Schädigung bei Außenwänden unab­hängig von der Lage der Dämmschicht. Bei den durchnässten Schichten und Bauteil­aufbauten bestehen jedoch große Unterschiede hinsichtlich des Austrocknungsverhal­tens. Der Grad der Beschädigung der Dämmstoffstruktur und der Verunreinigung des Bauteils, die nach der Austrocknung verbleibt, ist in die Entscheidung, die zu einer vollständigen Sanierung des Bauteils führen kann, mit einzubeziehen.

Was passiert mit Bau- und Dämmstoffen unter Wasser?

Die meisten Bau- und Dämmstoffe haben in ihrer Struktur große und kleine Hohlräu­me - Poren oder Zellen - die mit Luft oder Zellgas gefüllt sind. Zudem gibt es bei vie­len Stoffen, vor allem bei Mauerwerksmaterialien, auch feine Kanäle, so genannte Ka­pillaren, in denen Wasser besonders gut transportiert wird und sogar nach oben stei­gen kann. Beim Untertauchen dringt Wasser in diese Materialien ein und verdrängt die Luft aus den Hohlräumen. Je nach der Größe der Poren und Kapillaren geht das unter­schiedlich schnell. Große Hohlräume füllen sich deutlich schneller mit Wasser als kleine Hohlräume.

Allgemein gilt, je poröser ein Material ist, desto mehr Wasser kann es in seinem Po­renraum aufnehmen. Materialien mit dichter Struktur (z.B. Beton) nehmen nur wenig Wasser auf. Einige Dämmstoffe (extrudiertes Polystyrol (XPS), Polyurethan (PU) und Schaumglas (CG)), weisen überwiegend geschlossene Zellen auf, in denen sich Zellgas zur Verbesserung der Dämmeigenschaften befindet. Diese Stoffe nehmen trotz großen Porenraums kein oder nur sehr wenig Wasser auf, da die geschlossenen Zellwände das Ausdiffundieren der Zellgase verhindern und umgekehrt dann natürlich auch kein Was­ser hineinlassen.

Welche Schäden sind an der Dämmung zu erwarten?

Für alle feuchten oder nassen Dämmstoffe gilt, dass die Wärmeleitfähigkeit mit zuneh­mendem Feuchtegehalt steigt und damit der Wärmedurchlasswiderstand der Bauteile sinkt. Das bedeutet, durchfeuchtete Bauteile haben einen schlechteren Wärmeschutz als trockene Bauteile. Nehmen harte Dämmplatten Feuchte auf, können sie zudem quellen, und es kann zu Rissbildung bei angrenzenden Baustoffschichten kommen.

Bei der Beurteilung möglicher Schäden an den Dämmschichten muss nach Material und Lieferform der Dämmstoffe unterschieden werden. Oft gibt auch der Anwendungs­bereich der Dämmstoffe einen ersten Hinweis auf das Verhalten bei Durchfeuchtung. Dämmstoffe, die für Anwendungen im Erdreich und am Sockel von Gebäuden konstru­iert wurden - so genannte Perimeterdämmungen - werden im Zulassungsverfah­ren auf Wasseraufnahme bei teilweisem oder vollständigem Eintauchen getestet. Nur wenn sie kein - oder nur sehr wenig - Wasser aufnehmen, bekommen sie eine bauauf­sichtliche Zulassung für diesen Einsatzbereich. Bei solchen Dämmstoffen sind keine Schäden an der Dämmung durch das Hochwasser zu erwarten. Als Perimeterdämmung werden üblicherweise eingesetzt [Pfundstein et al. 2007] ...

• extrudiertes Polystyrol (XPS),
• Schaumglas (CG),
• Polyurethan (PU) und
• in den letzten Jahren auch expandiertes Polystyrol (EPS) mit hoher Rohdichte und guter Verschweißung der Perlen.

Andere geschlossenzellige Dämmstoffe auf Kunststoffbasis (z.B. Phenolharz (PF), synthetischer Kautschuk oder Polyethylen (PE)) verhalten sich ähnlich. Sie werden im Zulassungsverfahren zwar in der Regel nicht auf Wasseraufnahme untersucht, nehmen aber schon aufgrund ihrer Porenstruktur mit geschlossenen Hohlräumen kaum Wasser auf.

Expandiertes Polystyrol (EPS) gilt zwar als offenzelliger Dämmstoff, nimmt aber bei Lagerung unter Wasser ebenfalls nur geringe Mengen Feuchtigkeit auf. Das gilt auch für EPS mit geringer Rohdichte, wie es häufig in Wärmedämmverbundsystemen einge­setzt wird. EPS wird auch häufig als Trittschalldämmung eingesetzt. Hier existieren außerdem langjährige Erfahrungen mit Wasserschäden aus Wasch- und Spülmaschi­nen. Mit der richtigen Trocknungstechnik werden die Trittschalldämmung und der Es­trich wieder trocken. Für die Dämmung entsteht aus einem solchen Wasserschaden keine dauerhafte Schädigung.

Offenzellige anorganische Dämmstoffe (z.B. Mineralwolle (MW), expandierte Per­lite (EP) und andere Schüttdämmstoffe nehmen beim Untertauchen bis zu einem ge­wissen Grad (abhängig von der Hydrophobierung des Materials) Wasser auf. Sie kön­nen es aufgrund ihrer offenen Struktur aber auch relativ rasch wieder abgeben. Für viele dieser Dämmstoffe bedeutet eine einmalige Durchnässung nicht automatisch, dass sie dauerhaft geschädigt werden. Mineralwolleplatten für den Einsatz in Wärme­dämmverbundsystemen (WDVS) werden beispielsweise bei der Herstellung mit einem Spezialöl behandelt. Dabei werden die Fasern wasserabweisend eingestellt [Hall 2010]. Kommen während der Durchfeuchtung keine weiteren Belastungen aus mechanischer Beanspruchung und Verunreinigung der Dämmschicht und erhöhter Temperatur hinzu, haben die Mineralwolleplatten nach der Trocknung wieder ähnliche Eigenschaften wie vor dem Hochwasserereignis. Sind nasse Mineralwolldämmungen über einen längeren Zeitraum (mehrere Monate) einer erhöhten Temperatur oder starken Temperatur­schwankungen ausgesetzt, können sich allerdings Druckbelastbarkeit und Zugfestig­keit reduzieren. [Oswald et al. 2012].

Kann viel Wasser in die Konstruktion eindringen, erhöht sich das Eigengewicht der Dämmung. Befestigungen (Dübel, Schienen, Schrauben, Nägel) sind einer deutlich höheren Belastung ausgesetzt. Zudem kann die Haft- und Querzugfestigkeit direkt angebrachter Schichten (z.B. Putzschichten) beeinflusst sein. Werden hier Verfor­mungen oder Risse festgestellt, sollte die Konstruktion komplett erneuert werden.

Bei losen Dämmungen, z.B. im zweischaligen Mauerwerk und bei Holzständerbau­weise, (Mineralwolleflocken, expandierte Perlite (EP), etc.) besteht nach dem Abflie­ßen des Wassers die Gefahr von Setzungen und die Bildung von Hohlräumen, die zu Wärmebrücken nach der Austrocknungszeit führen. Erkennen kann man solche Stellen durch thermografische Aufnahmen oder durch Untersuchungen mit einem Endoskop. Zu beachten ist hier, dass die Thermografie nur bei ausreichend großer Temperatur­differenz zwischen Innen und Außen aussagekräftige Ergebnisse liefert - also vor al­lem während der Heizperiode im Winter.

Perlite und Mineralwolle werden auch zur Verbesserung der Dämmeigenschaften in hochwärmedämmenden Mauersteinen eingesetzt. Üblicherweise haben diese Dämmstoffe für die Verwendung in den Kammern von Mauersteinen eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (als Dämmstoff für das zweischalige Mauerwerk) und sind vollständig hydrophobiert. Sie nehmen daher nur langsam Wasser auf. Die Austrock­nung dauert bei solchen gefüllten Mauersteinen jedoch länger als bei ungefüllten Stei­nen mit Luftkammern.

Leichte Faserdämmstoffe für den Einsatz in Steildächern oder Holzbauwänden re­agieren meist empfindlich auf Durchfeuchtung. Zudem sind hier meistens auch Holz­bauteile betroffen, die offengelegt werden müssen um schnell und gut austrocknen zu können. Viele organische Dämmstoffe wie z.B. Holzfasern (WF), Zellulose, Hanf, Flachs etc. können große Mengen Wasser aufnehmen. Hier ist ein Ausbau der Dämm­schichten ratsam, um eventuelle Fäulnis oder Schimmelpilzschäden zu vermeiden.

Wann droht Schimmel?

Schimmelpilze brauchen für ihr Wachstum einen Nährboden, ausreichend Feuchtigkeit und passende Temperaturen. Viele Stoffe in und auf Bauteilen, wie organische Stoffe, Tapeten oder Staub, dienen Schimmelpilzen als Nährstoffe. Hierzu gehören auch die eingeschwemmten organischen Verunreinigungen des Hochwassers.

Temperaturen zwischen 5 °C und 40 °C werden in Gebäuden praktisch immer erreicht. Schimmelpilze wachsen, wenn in Bauteilen die relative Feuchte in Poren und Hohlräu­men bei 80 bis 100% liegt. Sie wachsen jedoch nicht in flüssigem Wasser und auf tro­ckenen Bauteilen. Bei einer einmaligen und zeitlich begrenzten Durchnässung ist dann nicht mit Schimmelpilzbildung zu rechnen, wenn es gelingt, durch rasche Trocknung die Feuchte unter 80% zu bringen.

Können die Konstruktionen wieder austrocknen?

Untersuchungen von Zirkelbach und Holm [Zirkelbach, Holm 2001] zeigen, dass mono­lithisches Mauerwerk mit üblichen Putzschichten langsamer austrocknet als monolithi­sches Mauerwerk ohne Putz. Der Grund ist ein verringerter Kapillartransport über die Grenzschicht zwischen Mauerwerksbaustoff und Putz. Befindet sich an einer solchen Wand zusätzlich noch eine Dämmschicht, kann die Austrocknung nur noch durch Was­serdampfdiffusion stattfinden, die bei diffusionshemmenden Dämmstoffen entspre­chend langsam verläuft. Die Austrocknungsgeschwindigkeit hängt hier direkt von den Wasserdampfdiffusionswiderständen des Putzes und der Dämmschicht ab.

Genauere Aussagen über das Austrocknungsverhalten eines Gebäudes nach einem Hochwasserereignis können nur instationäre hygrothermische Bauteil- und Gebäudesi­mulationen mit Programmen wie WUFI oder WUFI Plus liefern - siehe u.a. Baulinks-Bei­trag „Software im Bau von der Fraunhofer-Allianz Bau“ vom 11.3.2012. Dabei werden unter realistischen Randbedingungen Trocknungsraten, Dauer, Energieaufwand und mögliche Risiken wie Schimmelpilzwachstum errechnet. Diese Berechnungen zeigen, dass beispielsweise ...

• eine Außenwand mit WDVS, bei der direkt Wasser in die Dämmebene einge­drungen ist, sowohl im System mit EPS als auch im System mit Mineralwolle, innerhalb eines Jahres wieder austrocknet, und dass
• das massive Mauerwerk dahinter unabhängig von den untersuchten Baustoffen nach ca. 2 bis 3 Jahren wieder bei dem Ausgleichsfeuchtegehalt angelangt, den es vor dem Hochwasserereignis hatte.

Für eine detaillierte Aussage, die auch die Verunreinigungen bis hin zu verbleibenden Kontaminierungen betreffen, sollte aber in jedem Fall ein kompetenter Sachverständi­ger (und/oder ein Untersuchungslabor) herangezogen werden, der die vorgefundene Situation am Gebäude beurteilt und das Austrocknungspotenzial der Aufbauten für das jeweilige Gebäude untersucht. Hier bieten sich instationäre feuchtetechnische Berechnungen zur Vorhersage des Schadenspotenzials an. Wenn Räume während der Austrocknung voll genutzt werden, sollten Raumluftproben analysiert werden, um flüchtige Stoffe aus der Diffusion zur Raumseite zu identifizieren, welche die Gesund­heit der Bewohner beeinträchtigen können.

Literatur

• Hall, M.R. 2010. Materials for energy efficiency and thermal comfort in buil­dings. Woodhead Publishing series in energy 14. CRC Press; Woodhead Pub., Boca Raton, Oxford.
• Oswald, R., Spilker, R., Abel, R. und Wilmes, K. 2012. Zustandsänderungen von Mineralwolledämmstoffen in Warmdachaufbauten bei Flachdächern infolge Feuchteeintritt. [Abschlussbericht, Mai 2012]. Forschungsinitiative ZukunftBau 2824. Fraunhofer-IRB-Verl, Stuttgart.
• Pfundstein, M., Gellert, R., Spitzner, M.H., und Rudolphi, A. 2007. Dämmstoffe. Grundlagen, Materialien, Anwendungen. Detail Praxis. Detail, München.
• Zirkelbach, D., und Holm, A.H. 2001. Trocknungsverhalten von monolithischen Wänden. Artikel aus: IBP-Mitteilung Jg.: 28 (389), Stuttgart.