Verfestigung von zweischaligem Mauerwerk mit Polyurethanschaum

Text: Kerstin Paschko, Arnold Drewer; Fotos: Norbert Eversloh

Rund 400 Wohnungen finden sich in den Reichardtblöcken die 1929-32 in Hamburg errichtet wurden. Ihr extrem hoher Energieverbrauch (ca. 280 kWh/m²a) und Feuchtigkeitsprobleme wegen undichter Fassaden veranlassten den »Altonaer Spar- und Bauverein«, eine energetische Ertüchtigung in Angriff zu nehmen.

Im Vorfeld der Sanierungsmaßnahmen musste eine umfangreiche Bestandsaufnahme der Gebäude durchgeführt werden, die unterschiedlich konstruierte Außenwände an Ost- und Westseite offenbarte. Auf der stark vom Wetter beanspruchten Westseite waren die Außenwände zweischalig aufgebaut mit einer Hohlschichtdicke von ca. 9 cm. Die Vorsatzschale aus Backsteinen war mit Drahtankern mit dem ca. 22 cm dicken Hintermauerwerk aus Kalksandstein verbunden. Diese Bauweise war bis weit ins 20. Jahrhundert die bevorzugte Bauweise in Norddeutschland, beim Siedlungsbau jedoch unüblich. Der Vorteil zweischaliger Mauerwerke im Vergleich zu monolithisch konstruierten Mauerwerken liegt in der Entkopplung der Funktionen Statik und Witterungsschutz. Ein Eindringen von Niederschlagswasser in den Wohnraum wird dadurch wirkungsvoll verhindert, dass es an der Innenseite der Außenwand abläuft. Tauwasser durch den Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenwand läuft ebenfalls an der Innenseite der Außenwand ab. Luftschichten zwischen den Schalen können zwar Wärmebrücken entschärfen, entgegen einer weitverbreiteten Meinung haben sie jedoch keine wärmedämmende Funktion. Im Gegenteil: Durch Hinterlüftungseffekte und Undichtigkeiten kann viel Wärme entweichen.

Lesen Sie auch unseren Fachartikel zur klassischen Hohlraumdämmung: Voraussetzungen, Verfahren und Kosten. Hohlraum- bzw. Kerndämmungen sind  nicht immer und mit jedem zur Verfügung stehenden Dämmmaterial möglich. Rieselfähig, faserig oder besser ein Schaum? Kleinloch- oder Großlochverfahren?

Neben den unterschiedlichen Bauweisen offenbarte eine detaillierte Untersuchung der Vorsatzschale weitere Probleme. Der Mörtel, der die Backsteine der Vorsatzschale verbinden sollte, war praktisch nicht mehr vorhanden und rieselte als Sand aus der Hohlschicht. Dadurch hatten auch die Drahtanker keinen Halt mehr. Durch die fehlende Verankerung der Vorsatzschale mit dem Tragmauerwerk war die Fassade nicht mehr standsicher. Die Materialuntersuchung des Mauermörtels zeigte, dass er kein Bindemittel mehr enthielt. Ein Wassereindringtest konnte in den meisten Bereichen nicht durchgeführt werden, da das Wasser zu schnell in der Fuge verschwand. Somit ging es bei der Sanierung nicht mehr nur um eine energetische Instandsetzung, sondern auch um eine Gewährleistung der Standsicherheit. Eine weitere Herausforderung war, dass die Wohnblöcke unter Denkmalschutz stehen und dadurch viele Limitierungen bei Baumaßnahmen berücksichtigt werden mussten.

Bewertung der Sanierungsmöglichkeiten

Es wurden verschiedene Sanierungsmöglichkeiten durchgespielt, die aus unterschiedlichen Gründen jedoch nicht ausgeführt werden konnten:

• Eine zuerst ins Auge gefasste Sanierung mit Sanierungsankern war aufgrund der versandetem Mauermörtel ausgeschlossen, da kein Haftverbund mit dem Mauermörtel hätte erreicht werden können.
• Abbruch und Neuaufbau des Mauerwerks hätte einen hohen logistischen und wirtschaftlichen Aufwand bedeutet und kam auch aus Denkmalschutzgründen nicht in Frage.
• Das Ausräumen der Fugen und Verfüllen mit Mörtel als Verankerungsgrund für Spiralanker barg durch den Zustand der Fassade die Gefahr, dass diese während der Maßnahme kollabieren würde. Zudem wären bei ca. 10000 m² Fassade sehr hohe Kosten entstanden, die sich auf geschätzt 3-8 Mio. Euro belaufen hätten. Eine hohe Lärmbelastung und lange Bauzeiten hätten außerdem die Wohnqualität der Bewohner für lange Zeit erheblich beeinträchtigt.
• Als letztes wurde über eine Haftbrücke nachgedacht, um während möglicher Arbeiten an der Fassade einen Zusammenhalt zwischen Vorsatzschale und Hintermauerwerk zu schaffen. Eine Verfüllung mit fließfähigen Mörtel wurde aufgrund des hohen hydrostatischen Drucks ausgeschlossen. Auch eine Verfüllung der Luftschicht mit Schaumbeton war nicht möglich, da es durch den entstehenden Druck zu einem Abspringen der Vorsatzschale hätte kommen können.

Eine Verfüllung der Luftschicht mit dem Zweck, die Vor- und Hintermauerschale miteinander zu verankern, zeigte sich dennoch als guter Ansatzpunkt. Jedoch durfte das verwendete Material keinen Druck auf die Vorsatzschale ausüben. Neben dem Herstellen einer Verbindung zwischen Vorsatzschale und Hintermauerwerk waren eine möglichst hohe Haftzugfestigkeit und gute wärmedämmende Eigenschaften weitere Auswahlfaktoren. Aus diesen Gründen bot sich bei der Mauerwerksbefestigung die Verwendung von Polyurethan (PUR)-Schaum an, dessen Einsatz bei der nachträglichen Hohraumdämmung zweischaliger Mauerwerke bereits weitreichend erprobt und durchgeführt wurde.

Voruntersuchungen: Für die Inspektion und um Mörtel- und Steinreste aus der Hohlschicht zu räumen, werden einzelne Steine im Sockelbereich entfernt. Im Fall der Reichhardtblöcke in Hamburg war die Hinterfüllung der Vorsatzschale auch aus statischen Gründen notwendig, da der Mörtel der Fugen kein Bindemittel mehr enthielt.

Bei einer Rohdichte von ca. 55 kg/m³ waren keine Probleme für die Statik durch das Gewicht zu erwarten. Zudem ist bereits länger bekannt, dass der Schaum klebende Eigenschaften hat. Schließlich wird PUR-Montageschaum schon seit Langem im Hausbau zum Ausschäumen von Fugen verwendet. Aber auch der 2-Komponenten-Schaum, der als Wärmedämmung verwendet wird, hat klebende Eigenschaften und ist als Kerndämmung von Mauerwerk ohne Statikprobleme erste Wahl, wenn nachträgliche Veränderungen an der Außenhülle geplant sind. Der Schaum wird flüssig eingebracht, verteilt sich gleichmäßig in Hohlräumen und füllt auch kleine Fugen aus. Ein weiterer Vorteil des PUR-Schaums ist die geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,027 W/mK, weswegen Polyurethan unter den Materialien, die zur Dämmung zweischaliger Mauerwerke zugelassen sind, die höchste Dämmwirkung aufweist. Das Brandverhalten entspricht der Klasse E (nach DIN EN 13501). Der geschlossenzellige Schaum erfüllt die Anforderung der Hydrophobizität, die für eine Zulassung als Hohlraumdämmung notwendig ist. Zudem wirkt er mit zunehmender Schichtstärke dampfbremsend. Tauwasser fällt in der Konstruktion nicht aus.

Zustimmung im Einzelfall, Veto vom Denkmalamt

Auch wenn es sich bei PUR um ein erprobtes Produkt handelt, mussten im Vorfeld viele Skeptiker und Kritiker überzeugt werden. U. a. war wesentlich, die Eignung des Materials bei schadhaften Vorsatzschalen zu überprüfen. Da der Schaum bis dato nur zur Hohlraumdämmung bei standsicheren zweischaligen Mauerwerken eingesetzt worden war, gab es keine Erfahrungswerte zur Haftzugfestigkeit. Diese wurde, ebenso wie die Witterungstauglichkeit, vom Keramisch-Technologischen Baustofflaboratorium Hamburg erfolgreich getestet. Um eine Zulassung im Einzelfall (ZiE) vom Amt für Bauordnung und Hochbau ausgestellt zu bekommen, mussten Zeitstandversuche mit einer vorgegebenen Belastung durchgeführt werden. Die Ergebnisse waren zufriedenstellend, sodass die Maßnahme ausgeführt werden durfte. Ein vergleichbares, sogar etwas anspruchsvolleres Projekt ist übrigens zurzeit in Ausführung. Auch die Bedenken mancher Genossenschaftsmitglieder bezüglich gesundheitsschädigender Eigenschaften des PUR-Schaums konnten ausgeräumt werden. Durch das Aushärten des Schaums gibt es keine relevanten Ausdünstungen schädlicher Substanzen. Zudem besteht sowohl zum Innenraum als auch zur Umwelt eine Barriere, die auch im Brandfall vor Brandgasen des PUR-Schaums schützt. In der Bedenklichkeit sind diese Gase denen vergleichbar, die beim Verbrennen von PUR-Polstermaterial, Beschichtungen und auch von Holz entstehen.

Nachdem alle bautechnischen Bedenken behoben und eine Baugenehmigung erteilt war, trat allerdings das Denkmalschutzamt auf den Plan und stoppte das Vorhaben mit der Begründung, bei der Mauerwerksverfestigung handle es sich um eine denkmaltechnisch unzulässige Bauart. Weitere Untersuchungen des Mauermörtels mussten die Sanierungsbedürftigkeit und die Methodenauswahl bestätigen. Zusätzliche hygrothermische Simulationen führten nach einer einjährigen Stilllegung zur Erteilung der denkmalschutzrechtlichen Genehmigung. Trotz einer Fläche von 10000 m² wurden die Arbeiten nach drei Monaten abgeschlossen. Für Abbruch und Neuaufbau der Mauern waren dagegen mehrere Jahre veranschlagt worden.

Ausführung, Kosten und Wirtschaftlichkeit

Zunächst wurde das Mauerwerk gemeinsam mit einem Statiker bewertet. Die Hohlräume wurden auf Fremdkörper, Mörtelreste, Sediment, Staub und Schuttablagerungen in der Fußsohle untersucht und die Fremdkörper nach Ausbau einzelner Steine entfernt. Mithilfe eines Nebeltests wurden vorhandene, nicht immer auf den ersten Blick sichtbare Risse und Undichtigkeiten identifiziert. Größere Leckagen wurden verschlossen oder abgeklebt. In einem Raster wurden anschließend Löcher in die Kreuzfugen des Mauerwerks gebohrt. Der Bohrdurchmesser betrug 10-14 mm, der Lochabstand ca. 30 cm. Papiertüten unterhalb der Bohrlöcher verhinderten das Herunterlaufen von gegebenenfalls austretendem Schaum am Mauerwerk. Über die Bohrlöcher wurde die PU-Masse lagenweise von unten nach oben in die Hohlschicht injiziert. Tranchenweise eingebracht, schäumt die Masse nach ca. 30 Sekunden auf. Das Verschäumen wurde mithilfe eines Endoskops stetig kontrolliert. Bereits nach wenigen Minuten verhärtet das Material und verklebt Innen- und Außenwandschale miteinander. Zum Abschluss wurden die die Bohrlöcher gereinigt, mit Holzpfropfen verschlossen und mit Mauerwerksmörtel bedeckt.

Ausführung: Das zweischalige Mauerwerk wird durch eng gesetzte Bohrlöcher, erkennbar an den dreieckigen Papiertütchen, hinterfüllt. Alle 30 cm kleben die Tütchen direkt unter den Einfüllöffnungen für die Hohlraumdämmung, damit austretendes PUR nicht die Fassade verschmutzt.

Die Kosten einer Mauerwerksverfestigung kann man nicht pauschal benennen. Sie sind von vielen Faktoren abhängig: von der Objektbeschaffenheit, dem Volumen des Fassadenzwischenraums, von Temperatur, Zustand und Fugentiefe der Mauerwerksschalen. Mit ca. 120-190 Euro/m² Wandfläche liegen die Kosten deutlich unter denen anderer Sanierungsmaßnahmen für schadhafte Vorsatzschalen. Auf diese Weise konnte hier gegenüber einem Einsatz von Spiralankern ca. 1 Mio. Euro gespart werden. Durch den PUR-Schaum zugleich gut wärmegedämmt, reduzierte sich der U-Wert der sanierten Außenwände von anfänglichen 1,3 W/m²K auf 0,25 W/m²K. Positive Nebeneffekte der Hohlraumdämmung sind ein höherer Wohnkomfort aufgrund eliminierter Zugerscheinungen und wärmerer Wände und damit verbunden ein geringeres Schimmelrisiko. Bei angenommenen Kosten von 160 Euro/m² ergeben sich Heizkosteneinsparungen von ca. 6,80 Euro und eine CO₂-Reduktion von 25 kg pro Quadratmeter und Jahr. Die Amortisationszeit liegt im Bereich von WDVS – Unsicherheiten durch individuelles Nutzerverhalten einmal vorbehalten.

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