Hydrophobierung von Fassaden

Weg mit der Wandfeuchte!

Eine der häufigsten Aufgaben bei der Bauwerkserhaltung ist die Hydrophobierung von Fassaden. Seit Jahrzehnten dienen wasserabweisende Beschichtungen dazu, Mauerwerk oder Beton zu  imprägnieren – möglichst ohne deren Erscheinungsbild zu verändern. Man sollte meinen, dass wissenschaftliche Untersuchungen dieses Thema schon so durchleuchtet haben, dass kaum mehr Unklarheit darüber besteht, ob, womit und wie Fassaden zu behandeln sind. Die Praxis zeigt jedoch, dass genau das Gegenteil der Fall ist.

Zunächst stellt sich die Frage, wozu man eine Fassadenoberfläche überhaupt wasserabweisend ausrüsten sollte. Nahezu alle Mechanismen, die zu Bauschäden führen, stehen in direktem oder indirektem Zusammenhang mit Feuchtigkeit. Viele dieser Schadensprozesse lassen sich daher durch eine reduzierte Feuchteaufnahme der Baumaterialien verlangsamen oder sogar unterbinden. Einige Beispiele:

  • Mit dem Eindringen von Feuchtigkeit in einen Baustoff steigt zumeist auch dessen Schadstoffaufnahme. In gelöster Form werden zum Beispiel Salze in den Baustoff hineintransportiert und können dort ihr Schadenspotenzial „entfalten“; ebenso können schädliche Partikel in der Luft über den Regen in das Material gelangen; Feinstaubablagerungen auf der Bauwerksoberfläche werden bei Beregnung teilweise abgewaschen, teilweise aber auch mit dem kapillar in die Fassade eindringenden Wasser „mitgenommen“.
  • Mit wechselnden Feuchtegehalten verändern sich auch bauphysikalische Eigenschaften. Besonders betroffen ist hiervon die Wärmeleitfähigkeit. Da Wasser Wärme gut leitet, bedeutet die Reduzierung des Feuchtegehalts eines Baustoffs immer eine Verbesserung seiner Wärmedämmeigenschaften. Somit kann die wasserabweisende Ausrüstung einer beispielsweise einschaligen Ziegelfassade zu einer Erhöhung der innenseitigen Oberflächentemperatur führen, die die Gefahr einer Schimmelpilzbildung verringert.
  • Manche Baustoffe reagieren auf Feuchtigkeitsschwankungen mit Ausdehnungs- bzw. Schrumpfungsprozessen, dem sogenannten hygrischen Quellen und Schwinden. Ein typisches Beispiel hierfür sind tonmineralhaltige Natursteine. Teile der Tonmineralien, die sogenannten Schichtsilikate, lagern zwischen ihren Schichten Wassermoleküle an bzw. geben sie bei trockenen Witterungsbedingungen wieder ab, was zu dem besagten Quellen und Schwinden der Steine führt. Diese Eigenschaft kann auch bei historischen, schwach gebrannten Ziegeln auftreten.
  • Kaum Beachtung findet die Eigenschaft vieler Baustoffe, auf erhöhte Feuchtegehalte mit einem Verlust an Festigkeit zu reagieren.

Die in Zusammenhang mit Feuchtigkeit stehenden Schadensprozesse sind weit vielfältiger als die hier beschriebene Auswahl – und bei weitem nicht auf alle Schadensmechanismen ist eine Hydrophobierung die richtige Antwort. Wenn jedoch ein feuchtebedingter Schadensmechanismus zweifelsfrei vorliegt und die Reduktion der kapillaren Wasseraufnahme des Baustoffs eine effektive Lösung des Problems darstellt, ist über eine hydrophobierende Fassadenimprägnierung nachzudenken. Dabei sollte zuerst immer die Möglichkeit eines konstruktiven Feuchteschutzes geprüft werden, vor allem bei Problembereichen wie Gesimsen, Mauerkronen oder Wasserschlägen. Hier spielen aber auch Aufwand, Erscheinungsbild und gegebenenfalls denkmalpflegerische Vorstellungen eine Rolle. Erst wenn diese Maßnahmen ausgeschöpft sind und wie bei vielen steinsichtigen Bauwerken ein Verputzen oder Anstreichen nicht in Frage kommen, sind die Möglichkeiten einer hydrophobierenden Imprägnierung auszuloten.

Funktion und Eigenschaften

Die Wirkungsweise hydrophobierender Imprägnierungen lässt sich sehr prägnant durch das Aufsetzen einzelner Wassertropfen auf die Baustoffoberfläche darstellen. Ist diese hydrophobiert, bleibt der Tropfen nahezu kugelig auf der Oberfläche „stehen“. Ist die Oberfläche dagegen hydrophil (liebt sie also Wasser), so breitet sich der Wassertropfen aus, das heißt er verliert seine kugelige Form und legt sich flach auf die Oberfläche. Technisch beschreibt man den Grad der Wasserabweisung über den sich zwischen Wassertropfen und Untergrund einstellenden „Randwinkel“. Liegt der Randwinkel zwischen 90 und 180 Grad, so spricht man von einem hydrophoben Material; beträgt der Randwinkel zwischen 90 und 0 Grad, so spricht man von einem hydrophilen Material. Um die Wirkungsweise der hydrophobierenden Fassadenimprägnierung zu verstehen, ist es notwendig, nicht nur die Oberfläche eines Baustoffs zu betrachten, sondern vielmehr seine gesamte oberflächennahe Zone. Denn die Imprägnierung sollte möglichst tief in den Untergrund eindringen. Trotz Hydrophobie geht nämlich die offenporige Struktur eines Materials nicht verloren. Obwohl der Baustoff also wasserabweisend eingestellt ist, bleibt seine offene Porosität und somit seine Diffusionsfähigkeit erhalten.

Unterscheidungskriterien

Nicht immer waren Fassadenimprägnierungen so gut, wie sie es heute sind; zudem gab es früher längst nicht die aktuelle Fülle an Auswahlmöglichkeiten. Die heute am Markt verfügbare Variationsbreite der Produkte ist jedoch Fluch und Segen zugleich. Fluch, da kaum ein Planer mehr in der Lage ist, die Vor- und Nachteile des jeweiligen Präparates komplett zu überblicken. Segen, da für den versierten Fachmann die Chance besteht, ein optimal auf den einzelnen Untergrund abgestimmtes Produkt zu wählen. Hier hilft ein Blick in die Entwicklungsgeschichte der Hydrophobierungsmittel.
Beginnend mit der Nachkriegszeit bis in die Fünfzigerjahre hinein wurden zur Hydrophobierung von Fassaden Methyl-Silikonate verwendet. Sie besitzen drei charakteristische Eigenschaften: Sie sind hoch alkalisch, haben relativ große Moleküle und scheiden festigendes, porenverengendes Kieselgel ab. Für die Hydrophobierung von Fassaden sind alle drei Eigenschaften nicht unbedingt von Vorteil. Die Alkalität kann Bestandteile des Untergrundes, etwa Eisenoxide, mobilisieren und zu Verfärbungen führen. Die großen Moleküle bedingen ein vergleichsweise schlechtes Eindringverhalten und die Gelabscheidung erzeugt eine zumeist unerwünschte Verfestigung und Verdichtung der Oberfläche. Dieses insgesamt eher negativ ausfallende Bild führte dazu, dass diese Produktgeneration mit Einführung der silikonharzbasierten Schutzstoffe für Fassadenhydrophobierungen nicht mehr eingesetzt wurde. Schäden infolge einer Behandlung mit solchen Schutzstoffen lassen sich aber auch heute noch beobachten, sie sind jedoch nicht auf heutige Hydrophobierungsmittel übertragbar.
Die ab der Mitte der Sechzigerjahre verwendeten Silikonharzhydrophobierungen hatten ebenfalls relative große Moleküle und ein damit verbundenes schlechtes Eindringverhalten. Jedoch bestanden die Nachteile des hohen pH-Wertes und der Verfestigung der behandelten Oberflächen nicht mehr.
Ab Mitte der Siebzigerjahre wurden die Silikonharze durch die neu entwickelten Silane bzw. Siloxane ersetzt. Diese Wirkstoffe reagieren mit Wasser, sodass sie zuerst nur in wasserfreien, lösemittelbasierten Produkten eingesetzt werden konnten. Mit steigendem Umweltbewusstsein in den Siebziger- und Achtzigerjahren strebte man einen Austausch der organischen Lösemittel gegen ungefährlichere Trägermaterialien an. In diesem Zuge entstanden wasserbasierte Systeme. Silane bzw. Siloxane, die sich als Wirkstoff bewährt hatten, wurden durch den Einsatz von Emulgatoren, die eine Reaktion bzw. „Verklumpung“ der Wirkstoffe mit dem Wasser unterbinden, stabilisiert. Die so entstehenden „Wirkstoffblasen“ haben jedoch wegen ihrer Größe ein nachweislich schlechteres Eindringverhalten als die niedermolekularen Wirkstoffe in lösemittelhaltigen Produkten. Somit existieren bis heute beide flüssigen Produktvarianten „lösemittelhaltig“ und „wässrig“ nebeneinander.
Die jüngste Entwicklung bei Hydrophobierungsmitteln ist die sogenannte Creme-Technologie. Hier werden die Wirkstoffe mittels patentierter Verfahren thixotropiert, im Prinzip „schaumig gerührt“. Das auf diese Weise pastös eingestellte Produkt verweilt gegenüber flüssigen Produkten über einen sehr viel längeren Zeitraum auf der Fassadenoberfläche und hat so die Möglichkeit, hohe Eindringtiefen zu erreichen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Creme-Technologie ist die einfache, punktgenaue Verarbeitbarkeit ohne aufwendige Schutzmaßnahmen angrenzender Bauteile. Auch eine Applikation über Kopf ist problemlos möglich. Gearbeitet wird mit einer definierten Auftragsmenge zwischen 150 und 300 g/m². Dies ist der Grund dafür, dass bei stark saugenden Untergründen flüssige Produkte trotzdem besser abschneiden als cremeförmige. Da hier das zumeist hohe Porenvolumen vollständig gesättigt werden muss, ist eine entsprechend hohe Menge an Imprägniermittel notwendig, die in dieser Größenordnung nur flüssige Produkte zur Verfügung stellen.

Wirkstoffe

Bei modernen Hydrophobierungsmitteln werden also Silane bzw. Siloxane eingesetzt. Dies sind keine gänzlich unterschiedlichen Wirkstoffarten, sondern ein Siloxan ist lediglich eine etwas größere „Ansammlung“ von Silanen, die bereits miteinander reagiert haben. Die bewusste Kombination unterschiedlicher Molekülgrößen birgt für den Einsatz am Bauwerk Vorteile: Da die kleinen, kurzkettigen Moleküle wegen ihrer Größe tiefer eindringen als die großen, langkettigen Moleküle, stellt sich ein sogenannter „Chromatographieeffekt“ ein. Auf diese Weise wird in den oberflächennahen Bereichen eine höhere Wirkstoffkonzentration erzielt als in den tieferliegenden. Es entsteht ein kontinuierlicher, „sanfter“ Übergang von der hydrophobierten Oberfläche zur nicht hydrophobierten, tieferliegenden Zone. Um diesen Effekt bewusst einsetzen und steuern zu können, bedarf es seitens des Herstellers einiger Formulierungserfahrung.
Nach Abschluss der Reaktion der Silane und Siloxane entsteht ein Silikonharznetzwerk. Dieses besitzt die Struktur eines Spinnennetzes, es hat also lediglich eine zwei- und keine dreidimensionale Ausdehnung. Dies ist für die Funktionalität der Hydrophobierungen von immenser Bedeutung. Das Ergebnis ist eine lediglich einmolekular dicke Schicht, die sich den Porenwandungen anschmiegt, anstatt die Poren komplett auszufüllen und zu schließen. Sie verringert den Kapillarsog – der für die Dampfdiffusion notwendige, offene Porenquerschnitt wird jedoch praktisch nicht eingeschränkt.

Kritische Fragen

In der Praxis begegnet man häufig Ressentiments gegenüber hydrophobierenden Imprägnierungen. Diese lassen sich im Wesentlichen in drei Argumente zusammenfassen:

  • Eine hundertprozentige Hydrophobierung ist nicht möglich, da immer „Löcher und Kanäle“ bleiben, die Wasser auch weiterhin in den Fassadenbaustoff hineingelangen lassen.
  • Hinter die behandelte Oberflächenschicht gelangtes Wasser kann nur gehemmt wieder austrocknen.
  • Die Haltbarkeit von Hydrophobierungen ist begrenzt.

Hundertprozentige Hydrophobierung unmöglich?
Voraussetzung für eine funktionstüchtige Hydrophobierung ist ein einigermaßen intaktes Mauerwerksgefüge. Was es in jedem Falle zu vermeiden gilt, sind größere „Fehlstellen“. Dies können zum Beispiel häufige Fugenflankenabrisse sein, die instandgesetzt werden müssen. Solange es sich nur um vereinzelte Fehlstellen handelt, das Verhältnis von Fehlstelle zur Gesamtfläche also ausreichend klein ist, besteht in der Regel kein Handlungsbedarf. Sollten sich die Fehlstellen ausweiten, muss beispielsweise neu verfugt werden. Hieraus ergibt sich zwingend die Forderung, dass hydrophobierte Fassaden in bestimmten Zeitabständen überprüft und gegebenenfalls gewartet werden müssen.

Kann eingedrungenes Wasser wieder austrocknen?

Durch eine hydrophobierende Imprägnierung ändert sich die Diffusionsfähigkeit des behandelten Baustoffes praktisch nicht. Da seine kapillare Saugfähigkeit jedoch stark sinkt , wird der gegenüber der Diffusion wesentlich leistungsfähigere Flüssigwassertransport von außen nach innen unterbunden.
Was im Sinne des Fassadenschutzes (von außen angreifendes Wasser soll nicht eindringen können) sinnvoll ist, kann bei einer anderweitig ausgelösten Hinterfeuchtung der hydrophobierten Oberfläche jedoch zu ihrer Ablösung vom Untergrund führen. Prominentestes Beispiel hierfür sind Sockelzonen, die durch aufsteigende Feuchtigkeit stark belastet sind. In solchen Fällen ist eine hydrophobierende Imprägnierung mehr als kontraproduktiv, da sie zu einer Erhöhung des Feuchtegehaltes im Sockelmauerwerk mit entsprechenden Folgeschäden führen kann.

Haltbarkeit der Hydrophobierung begrenzt?

Da nach einer gewissen Zeit ausnahmslos an allen hydrophobierten Bauwerken die Wirkung der Hydrophobierung an der Oberfläche im Sinne eines Abperleffektes nachlässt, ist die Frage nach deren Haltbarkeit sehr berechtigt. Die Aussagen dazu in der Fachliteratur sind äußerst divergent. A. Boué berichtet von Objekten, an denen eine Lebensdauer der Hydrophobierung von mehr als 30 Jahren durch Messungen belegt werden konnte. Gleichzeitig beschreibt er Objekte, bei denen die Hydrophobierung bereits nach wenigen Jahren nicht mehr nachweisbar war. Grund für den nach einer gewissen Zeit nicht mehr feststellbaren Abperleffekt ist die Ablagerung hydrophiler Feinstaub- und Schmutzpartikel. Diese dringen in die Oberflächenporosität der Fassadenbaustoffe ein und überlagern den wasserabweisenden Effekt des Hydrophobierungsmittels. Bei relativ geschlossenen Oberflächen, wie sie beispielsweise bei Farbsystemen zu finden sind, kann der Abperleffekt durch Reinigen der Oberfläche reaktiviert werden. Bei porösen Fassadenbaustoffen, wo die Schmutzpartikel tiefer in die Oberfläche eindringen können, ist dies jedoch nicht ohne weiteres möglich.
Der beschriebene Überlagerungseffekt an der Baustoffoberfläche ist vermutlich auch als Grund für den Totalverlust der Hydrophobierung an bestimmten Objekten heranzuziehen. In den meisten dieser Fälle wurde eine viel zu geringe Eindringtiefe der Fassadenimprägnierung erzielt, sodass der Verlust der Wirkung im oberflächennahen Bereich bereits einem Totalverlust gleichkommt. Diese Erkenntnis korreliert mit der Feststellung, dass es sich bei den in der Literatur beschriebenen „guten Objekten“ zumeist um wichtige denkmalgeschützte Bauwerke handelt, bei denen die Hydrophobierung mit entsprechender Sorgfalt ausgeführt und somit hohe Eindringtiefen erreicht wurden.
Um eine hohe Qualität bei Hydrophobierungen auch an „profanen Objekten“ zu gewährleisten, hat die Arbeitsgruppe Hydrophobierung der WTA ein eigenes Merkblatt zu diesem Thema erstellt, das für Planer und Ausführende entsprechende Hilfestellung bietet. Nach Durchführung der Maßnahme sollte in jedem Fall deren Wirksamkeit überprüft werden. Da der sogenannte Abperleffekt kein Qualitätskriterium darstellt und sich die Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels nur über zerstörende Prüfungen bestimmen lässt, wird man sich in der Regel mit einer Messung der Saugfähigkeit am Objekt begnügen müssen. Hierfür eignet sich das sogenannte Karstensche Prüfröhrchen bzw. Weiterentwicklungen dieses Verfahrens.

Resümee

Für die Qualität einer hydrophobierenden Fassadenimprägnierung ist vor allem die Sorgfalt bei der Ausführung entscheidend. Sie beginnt mit der Auswahl des für den jeweiligen Einzelfall geeigneten Hydrophobierungsmittels und des Auftragsverfahrens, erstreckt sich über den Ausführungszeitpunkt, hinsichtlich der klimatischen Bedingungen und der Untergrundfeuchtigkeit, bis hin zur eingesetzten Materialmenge. Diese Gesichtspunkte sollten nicht nur bei der Ausführung, sondern auch schon bei der planerischen Vorbereitung Berücksichtigung finden. Eine wasserabweisende Imprägnierung darf nicht dazu „missbraucht“ werden, den konstruktiven Feuchteschutz zu ersetzen. Zudem müssen hydrophobierte Fassaden gewartet werden, um Fehlstellen, wie zum Beispiel Fugenflankenabrisse, rechtzeitig feststellen und instand setzen zu können. Wenn Bauteile infolge eindringender Feuchtigkeit Schäden entwickeln, dann ist ihre wasserabweisende Imprägnierung ein plausibles Sanierungsziel. Bei Beachtung der beschriebenen Randbedingungen ist eine Reduzierung der Wasseraufnahme mit messbar guten Ergebnissen realisierbar.


Dipl.-Ing. Jens Engel studierte an der RWTH Aachen im Fachbereich Bauingenieurwesen mit Vertiefung in Baustoffkunde. Danach war er in zwei Ingenieurbüros als Fachplaner für Sanierungs- und Restaurationsvorhaben zuständig. Seit 2000 ist er für die Remmers Baustofftechnik GmbH tätig, seit Mitte 2005 ist er dort für das Produktmanagement im Bereich Fassadenschutz und Baudenkmalpflege verantwortlich.


Literatur

  • WTA Merkblatt 3-17-2009/D: Hydrophobierende Imprägnierung von mineralischen Baustoffen, Fraunhofer IRB-Verlag, Stuttgart 2009
  • A. Boué: Ist Hydrophobierung heute verantwortbar?, 4. Internationales Kolloquium Werkstoffwissenschaften und Bauinstandsetzen, Technische Akademie Esslingen, 17. bis 19.12.1996

Weitere Artikel zu Bauschäden und Schwachstellen:

Innenräume vor Radon schützen

Typische Schäden bei der Dachbegrünung

Verdeckten Schimmel aufspüren