Mauerwerksverstärkung früher und heute

Bewährt bewehrt

Mauerwerk verträgt keine Zugkräfte. Um dieses Problem zu lösen, haben die Baumeister vergangener Zeiten verschiedene Arten der Bewehrung ersonnen. Welche Methoden stehen uns heute zur Verfügung, um Risse dauerhaft zu reparieren?

Text und Fotos: Christian Kayser

Eine historische Mauer zeigt Risse – der Altbau ist im Krankenstand. Was nun? Wie in der Humanmedizin muss der Patient zunächst untersucht werden. Da das schadhafte Objekt nicht mobil ist, wird ein Hausbesuch erforderlich: In einem ersten Schritt, der Anamnese, werden Bestand und Schäden präzise aufgenommen. Wie schräg stehen die Mauern? Wie verlaufen die Risse? Erst anhand dieser Daten lässt sich eine sichere Diagnose stellen. Welche Kräfte wirken auf das Gefüge; werden Mauerpartien durch den Schub von Dachwerken oder Gewölben auseinander gedrückt? Sind die einzelnen Schalen der Mauer im Querschnitt nicht ausreichend verbunden, sodass die Mauer sich in einzelne Scheiben auflöst? Die Diagnose stellt schließlich die Grundlage für die Therapie dar. Diese muss die Schadensursache bekämpfen, und kann sich dann der Linderung der Symptome widmen.

Risse an Mauerwerkskonstruktionen gehen auf Zugbeanspruchungen im Gefüge zurück, die die Konstruktion »auseinanderreißen«. Mauerwerk ist hier anfällig: Anders als bei Stahlbeton, bei dem der Beton – ein künstlicher Stein – hohe Druckkräfte aufnehmen kann und die Stahleinlage dafür sorgt, dass an dem Werkstoff bei Zugbeanspruchungen keine größeren Risse entstehen, treten bei historischem Mauerwerk aus Stein und Mörtel bereits bei moderaten Zugkräften Schäden in Form von Rissbildungen und Verformungen auf. Die Anfälligkeit von Mauerwerk erhöht sich noch einmal durch bestehende Schwächen des Gefüges, etwa durch eindringende Feuchte, die das Bindemittel ausspült. Ist schließlich ein Riss entstanden, können sich für das Tragverhalten der Mauerpartie wesentliche Modifikationen ergeben. Über die Zäsur des klaffenden Risses können weder Zug- noch Schubkräfte übertragen werden, dafür bietet er einen weiteren Angriffspunkt für eindringende Nässe, die im Winter auffriert und die Rissufer weiter auseinandertreibt.

Historische »Bewehrung« als Mauerwerksverstärkung

Glücklicherweise gibt es Handlungsoptionen, um diesem Mangel abzuhelfen. Schon im Hochmittelalter unternahm man Versuche, um das Mauerwerk prophylaktisch gleich bei der Errichtung mit einer Art »Zugbewehrung« auszustatten. So finden sich bei Großbauten, etwa Kirch- oder Burgtürmen, oft Reste hölzerner, im Mauerquerschnitt verborgener Zugankersysteme. Diese waren allerdings nicht von Dauer, da sich das Holz schließlich zersetzte. Später, in der Gotik wurden so wichtige und ambitionierte Bauten wie die Sainte-Chapelle in Paris, der Kölner Domchor oder der Freiburger Münsterturm mit aufwendigen eisernen Ankern im Mauerquerschnitt versehen, die bis heute für die Standfestigkeit der Bauwerke sorgen. Waren an einem Objekt Risse aufgetreten, versuchte man, diese wieder mit Mörtel zu füllen, setzte Klammern über die Risse oder schlug sie mit Keilen aus (Abb. 2). Die Wirksamkeit dieser Eingriffe blieb jedoch beschränkt. Effektive Maßnahmen zur statischen Ertüchtigung von Mauerwerk kamen erst im späten 19. Jahrhundert auf. In den folgenden Jahren entwickelten sie sich rasch: So konnte etwa der Ingenieur Georg Rüth bei der Sicherung des Mainzer Domes 1925-28 das marode mittelalterliche Mauerwerk mit Injektionen und Vernadelungen nachhaltig sichern (Abb. 3). Die damals entwickelten Methoden zur Mauerwerksertüchtigung – Injektion, Vernadelung, Verankerung – kommen in prozedural wenig veränderter Form noch heute zum Einsatz. Fachwissenschaftliche Nachkontrollen nach über einem Jahrhundert bezeugten, dass die Verfahren, bei fachkundiger Planung und Ausführung, wirksam und überdies frei von nachträglichen Nebenwirkungen sind.

Injektion gerissener Mauerpartien

Ist das Mauerwerk von Rissen durchzogen oder haben sich Hohlräume und Klüfte im Innern des Gefüges gebildet, müssen diese »Löcher« wieder gestopft werden. Um so aus einem aufgelockerten und zerrütteten Steinhaufen wieder ein stabiles, kraftschlüssiges Gefüge zu machen, werden die Hohlräume mit einem geeigneten Injektionsmaterial verfüllt. Der Teufel steckt im Detail: Nicht jedes Injektionsmaterial verträgt sich mit jedem Bestandsmörtel. Gipshaltige Mörtel reagieren etwa mit zementhaltigen Materialien; es bilden sich Treibmineralien, die im schlimmsten Fall das Objekt, das man eigentlich retten wollte, zerstören. Es empfiehlt sich daher, von Anfang an einen fachkundigen, im Denkmalbereich erfahrenen Bauchemiker hinzuzuziehen, der, nach Analyse der Bestandsmaterialien, Empfehlungen für das Injektionsmaterial ausspricht. Dabei ist nicht nur auf die Bauchemie zu achten, ebenso stellt sich die Frage nach der Maschinengängigkeit des Materials, der Feinheit der zu verfüllenden Strukturen und der intendierten Materialkennwerte.

Ist das Material abgestimmt, werden für die Injektion kleine Bohrungen in den gesäuberten Rissachsen oder in einem festgelegten Raster gesetzt und, je nach Zustand des Mauergefüges, bis in den Mauerkern geführt. In die Bohrlöcher setzt man Packer, kleine Einfüllstutzen (Abb. 4); die Risse im Umfeld müssen abgedichtet werden – schließlich soll das Injektionsgut nicht einfach wieder herauslaufen! Abstand und Bemessung der Bohrungen sind in Abhängigkeit von der Art und der spezifischen Geometrie des Bauteiles festzulegen. Anschließend kann das flüssige Material dann entweder drucklos oder unter Druck (»Verpressung«) in den Mauerquerschnitt eingebracht werden. Bei größeren Mauerpartien sollte, um eine schrittweise Stabilisierung zu erzielen, die Injektion lagenweise von unten nach oben erfolgen, ebenso kann die Injektion in mehreren Durchgängen mit sukzessive gesteigertem Injektionsdruck durchgeführt werden. Der Erfolg der Mauerwerksverstärkung lässt sich schließlich durch Anlage einer Kernbohrung oder Befundöffnung im Wandquerschnitt überprüfen.

Mauerwerksbewehrung: Vernadelung

Soll das Mauerwerk Zug- oder Schubkräfte aufnehmen, lässt sich das Mauergefüge bewehren, »vernadeln«. Hierbei werden Stahlstäbe – etwa Betonstähle oder GEWI-Stäbe mit aufgewalztem Gewinde – in das Mauerwerk eingeführt, um so eine Verbundwirkung, eine Art nachträglichen Stahlbeton, herzustellen. Zunächst führt man wieder Bohrungen in die Mauer. Ihr Durchmesser ergibt sich aus der Bemessung der »Nadeln«, zu denen ein ausreichender Randabstand für den anschließenden Verguss der Bohrung zu rechnen ist. Er liegt üblicherweise bei 50-60 mm. In die Bohrung werden die Stahlstäbe mit Abstandshaltern zentriert eingeführt (Abb. 5), und die Bohrlöcher anschließend vollständig injiziert. Wichtig ist, dass die Ankerstäbe allseitig ausreichend (20 mm) mit Zementstein überdeckt sind. Der alkalische Zement dient, wie beim Stahlbeton, als Korrosionsschutz der Bewehrung; zudem erfolgt die Kraftübertragung über den Haftverbund der Elemente. Bei stark klüftigem Mauergefüge ist eine einfache Injektion der Bohrung oft nicht möglich, da das Injektionsgut sich im Mauerquerschnitt verteilt. Hier kann eine Injektion mit einem »Strumpf«, einem Gewebemantel, erfolgen, der den unkontrollierten Austritt von Injektionsmaterial verhindert, zugleich aber den Verbund zwischen Injektion und Bestandsmauerwerk ermöglicht.

Es gibt vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für die Mauerwerksbewehrung. Mit Nadeln lassen sich zerrüttete, mehrschalige Mauerquerschnitte sichern, ebenso können Risse oder auch stumpfe Baufugen überbrückt werden. Auch bei Reparaturmaßnahmen, z. B. dem Ausmauern von Ausbrüchen, empfiehlt sich ein Vernähen der neuen Partien mit dem Bestand. Dies ist besonders einfach umzusetzen: Soll etwa eine größere Fehlstelle wieder geschlossen werden, können die Nadeln vorgerüstet und in den Bestandskörper eingeklebt werden. Das neue Mauerwerk wird einfach um die Nadelanker herum aufgemauert (Abb. 6+7).

Verankerungen

Wenn bei größeren Mauerkonstruktionen Schäden in Form von Rissen und Verformungen auftreten, können sie mit Ankern gesichert werden. Diese können entweder quer zur Mauer verlaufen oder auch längs-parallel eingebohrt werden. Quer laufende Ankersysteme kommen etwa zur Sicherung auseinanderstrebender Gewölbe oder etwa auch zur Rückhängung kippender Stützmauern zum Einsatz, längs im Mauerwerk laufende Anker können beispielsweise eine in mehreren Fensterachsen gerissene Kirchen-Längswand stabilisieren.

Bei frühen Sicherungsversuchen mit Zugankern stellte sich ein mit historischer Bautechnik nur schwer lösbares Problem: Die Anker konnten kaum vorgespannt werden. Versuche, die Anker mit Keilen oder Schraubgewinden anzuspannen, erzielten nur eingeschränkt Wirkung. Bis die Anker wirksam wurden, also die ihnen zugedachte Kraft aufnahmen, musste sich erst eine weitere, möglicherweise fatale Verformung am Bauwerk einstellen. Mit modernen technischen Verfahren ist es möglich, durch Zug- und Schubkräfte beanspruchte Mauerwerkskonstruktionen mit Ankern zu sichern, die vorgespannt und damit unmittelbar aktiv sind. Die Krafteinleitung in das neue Zugglied kann dabei in zwei unterschiedlichen Weisen erfolgen: Entweder sind die Anker, wie auch bei historischen Systemen üblich, mit Köpfen ausgebildet, die die zu sichernde Struktur »packen«, oder es erfolgt eine Verankerung über eine Haftstrecke im Mauerkörper.

Die Ausbildung von Ankern mit Köpfen bietet sich vor allem für quer zur Mauer laufende Anker an. Beim Einbau ist zunächst ein präzises Bestandsaufmaß erforderlich, um das Subsidiärsystem platzieren zu können – werden etwa zusätzliche Zuganker im Innenraum einer Kirche eingebaut, müssen Kollisionen mit Ausstattungsgegenständen (Orgeln, Altären) ebenso vermieden werden (Abb. 8) wie eine Platzierung der Ankerköpfe auf Fassadenornamenten. Die Bemessung der Anker und der Köpfe übernimmt der Tragwerksplaner; die Ausbildung der Kopfpunkte muss jedoch gemeinsam mit allen Projektbeteiligten, insbesondere auch den Vertretern der Denkmalfachbehörden, abgestimmt werden. Sollen die Ankerköpfe im Mauerwerk versenkt, und damit quasi unsichtbar sein, oder soll der Eingriff an der Fassade ablesbar bleiben (Abb. 9+10)? Ist die Ausbildung des Ankerkopfes mit einer Stahlplatte vorzunehmen oder wird ein bewehrtes Betonpolster geschaffen? Das Anspannen der Anker erfolgt dann nach dem Einbau, entweder (bei kleineren Kräften) mit einem Drehmomentschlüssel oder (bei aufwendigeren Konstruktionen) verformungsgesteuert mit einer hydraulischen Presse.

Bei der Verankerung einer Mauer in Längsrichtung ist die Ausbildung von zwei offenen Ankerenden mit Köpfen oft nicht möglich, da der Anker im Mauerwerk endet. In diesem Fall können die Ankerkräfte durch Haftung, Reibung und Scherverbund auf einer Binnenstrecke übertragen werden. Hierfür wird, ähnlich wie bei der Vernadelung, die Bohrung mit dem Anker kraftschlüssig mit einem geeigneten Mörtel injiziert. Die erforderliche, statisch wirksame Verankerungslänge hängt dabei von der spezifischen Mauerwerkskonstruktion, dem Ankersystem und natürlich den aufzunehmenden Kräften ab. Bei fachkundiger Planung und Ausführung sind, eine ausreichende Mauerstärke vorausgesetzt, Ankerlängen von bis zu 30 m möglich.


Über den Autor Christian Kayser

Architekturstudium an der TU München und der University of Bath (GB), Schwerpunkt Bauforschung und historische Baukonstruktionen. Seit 2004 Mitarbeit im Ingenieurbüro Barthel & Maus, seit 2012 als Geschäftsführer. 2008-11 Akad. Rat an der TU München, Dissertation. Lehraufträge an TU und LMU München.


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