Wärmedämmung an Weißen Wannen mit hochwertiger Nutzung

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Als Weiße Wannen bezeichnet man trogartige, eingeerdete Baukörper mit Außenbauteilen aus WU-Beton, die so bemessen und ausgeführt werden, dass Undichtigkeiten in der Fläche der Bauteile sowie an Arbeitsfugen, an Durchdringungen, an Trennrissen usw. bei handwerklich richtiger Ausführung nicht zu erwarten sind. Wasserundurchlässig nennt man Beton, wenn der kapillare Wassertransport wegen des geringen Kapillarporenanteils im Zementstein so gering ist, dass flüssiges Wasser maximal 5 cm tief in das Betongefüge eindringen kann. Das ist bei Beton mit Druckfestigkeiten von mindestens 35 N/mm² in der Regel gegeben.

Deshalb gelten folgende Konstruktionsgrundsätze für Weiße Wannen:

• Der Beton muss wasserundurchlässig sein.
• Die Betondicke muss so groß sein, dass in Anbetracht der erforderlichen Bewehrung, der Schalung und der Einbauteile an jeder Stelle ein hohlraumfreies Betongefüge herstellbar ist.
• Gegen Wasserdurchtritt an Trennrissen müssen Maßnahmen ergriffen werden: z. B. Vermeiden von Trennrissen oder Trennrisse planmäßig abdichten oder sehr kleine Trennrissweiten durch entsprechende Bewehrung sicherstellen.Durchdringungen, Arbeitsfugen, Bewegungsfugen usw. müssen durch besondere Maßnahmen wasserdurchlässig ausgebildet werden.

Die Erfahrung mit WU-Betonbauwerken hat gezeigt, dass Risse bevorzugt dort auftreten, wo Zwangsbeanspruchungen (infolge Hydratationswärme, Bauwerksverformung, Schwinden und Kriechen des Betons, Temperaturwechsel, Baugrundverformungen usw.) wirksam werden. Immer noch werden gelegentlich WU-Betonbauwerke zwar aus WU-Beton erstellt, ansonsten aber wie normale Stahlbetonkonstruktionen nur für die Lastbeanspruchung bemessen und konstruiert. Das reicht nicht: Das statische System muss bei Weißen Wannen einfach und realitätsnah gewählt werden, so dass die Zwangsbeanspruchungen und die Lastbeanspruchungen klein bleiben und keine Trennrisse auftreten. Auch sind unnötige Vor- und Rücksprünge und komplizierte Baukörpergeometrien zu vermeiden. Beispielsweise sollte die Unterseite einer Bodenplatte auf Erdreich planeben sein und auf einer Gleiten ermöglichenden Unterlage aufliegen. WU-Betonbauwerke erfordern nicht nur einen größeren Planungsaufwand und eine aufwendigere Stahlbetonkonstruktion als abzudichtende Stahlbetonbauwerke für den gleichen Anwendungsfall, auch auf der Baustelle müssen vielerlei Maßnahmen zur Verhinderung von Undichtigkeiten ergriffen werden:

• Erwärmung des Betons durch Hydratation klein halten (Betonrezeptur, Temperatur des Frischbeton),
• Abkühlung des warmen, "grünen" Betons verzögern,
• Austrocknung und damit das Schwinden des Betons verzögern,
• sinnvolle Reihenfolge der Betonierabschnitte einhalten,
• das entstehende Bauwerk vor raschen Temperaturwechseln und lokalen Temperaturdifferenzen schützen.

Die Vorteile von Bauwerken aus WU-Beton im Vergleich mit abgedichteten Bauwerken bestehen in erster Linie darin, dass

• eine gegen Beschädigungen unempfindliche "Abdichtung" entsteht,
• die Konstruktion des Bauwerks vereinfacht wird, weil sonst erforderliche Schutzschichten, Wandvorlagen, Ausrundungen usw. entfallen können,
• ein sicheres Lokalisieren von undichten Stellen möglich ist, wenn wenigstens eine der beiden Betonoberflächen zugänglich ist.

Auch bei größter Sorgfalt bei der Planung und Ausführung von WU-Betonbauwerken kann man Undichtigkeiten wegen des spröden Verhaltens von Beton nicht völlig ausschließen. Sie können jedoch i. d. R. relativ einfach und dauerhaft durch Injektion wieder geschlossen werden. Bei hochwertiger Nutzung der Räume in einer Weißen Wanne sollte man allerdings während der Nutzungsphase zu erwartende Undichtigkeiten im WU-Beton durch besondere Maßnahmen von vornherein unschädlich machen. Schadensfälle haben gezeigt, dass Risse in WU-Betonwannen auch noch einige Jahre nach der Erstellung des Bauwerks infolge Schwinden und Kriechen des Betons, wegen Baugrundverformungen oder aufgrund von Kriechverformungen bestimmter Dämmstoffe auftreten können. Die Nachdichtungsarbeiten waren dann immer sehr aufwendig, wenn durch schwimmende Estriche, Wandbekleidungen usw. die Lokalisierung und Injektion der undichten Stellen schwierig war und teuer wurde. Auch die Folgekosten von Undichtigkeiten sind bei hochwertiger Raumnutzung besonders hoch. Schließlich ist noch zu erwähnen, dass WU-Betonbauteile zwar gegen flüssiges Wasser dicht sind, jedoch ist Wasserdampfdiffusion durch Bauteile aus WU-Beton stets möglich.

Besondere Maßnahmen bei hochwertiger Nutzung

Sollen Räume in einer Weißen Wanne hochwertig genutzt werden, z. B. als Aufenthaltsräume oder zur Lagerung empfindlicher oder hochwertiger Güter, wird dies für WU-Betonbauwerke im Wohnungsbau als Nutzungsklasse A bezeichnet, d. h. dass an der raumseitigen Oberfläche der Außenbauteile der Weißen Wanne während der gesamten Nutzungszeit weder feuchte Stellen auftreten noch flüssiges Wasser austreten dürfen.

DBV-Merkblatt "Hochwertige Nutzung von Untergeschossen"

– Bauphysik und Raumklima, herausgegeben vom Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. Im Merkblatt wird eine Unterteilung der Nutzungsklasse A im Sinne der Richtlinie, jedoch unabhängig von der Abdichtungsart, in Unterklassen vorgenommen, die einen differenzierten Bezug zwischen Anforderung, Raumklima und technischen Maßnahmen herstellt (Tabelle 1). Die Unterklassen A* – A*** decken die Räume von Absatz 5.3 im Sinne der WU-Richtlinie ab, die zusätzliche
Anforderungen an das Raumklima aufweisen. Für Räume im Sinne von Absatz 5.3 wird eine Basisklasse A⁰ vorgeschlagen.

Werden darüber hinaus definierte Raumtemperaturen, ein geringer Heizenergiebedarf, Tauwasser- und Schimmelfreiheit gefordert, was bei Aufenthaltsräumen unabdingbar ist, sind außerdem bauphysikalische Maßnahmen einzuplanen und auszuführen. Dazu gehören ein ausreichender Wärmeschutz, eine bauphysikalische Bemessung der Außenbauteile hinsichtlich Tauwassergefahr im Querschnitt und an der Oberfläche sowie eventuell Maßnahmen zur kontrollierten Abgabe der Baufeuchte des Betons und evtl. zur kontrollierten Raumlüftung. Bei diesen Überlegungen muss der Bearbeiter die erhöhten Erdreichtemperaturen in unmittelbarer Nähe des Bauwerks infolge der Beheizung der Räume beachten. Die eventuelle Feuchteeinwanderung in die den Beton bekleidenden Schichten einschließlich der Alkaliwirkungen ist außerdem zu bedenken. Die notwendigen Bedingungen zum Tauwasserschutz für Außenbauteile von Aufenthaltsräumen sind in DIN 4108-3 vorgegeben. Die Wirkungen der Baufeuchte erstrecken sich bei Betonbauteilen von Weißen Wannen auf eine Zeitspanne von mehreren Jahren nach der Herstellung des Betons. Im baufeuchten Zustand diffundiert eine beachtliche Menge Wasserdampf aus dem Beton in die Räume einer Weißen Wanne, was bei hochwertiger Raumnutzung unbedingt berücksichtigt werden muss. Durch eine Bilanz der Wasserdampfströme kann ermittelt werden, welche Raumluftfeuchte sich als Folge der Abgabe von Wasserdampf aus den WU-Betonbauteilen ergibt oder welcher Luftwechsel eingehalten werden muss, um eine bestimmte Raumluftfeuchte zu garantieren. Durch Dampfbremsen auf den raumseitigen Betonoberflächen kann die Feuchtebelastung der Räume durch Wasserdampfdiffusion reduziert werden. Die nach der Austrocknung der Baufeuchte im hygrisch stationären Zustand durch die Betonbauteile in den Raum eindiffundierende Feuchte ist in der Regel unbedeutend und speziell nur dann zu beachten, wenn die Raumnutzung ohne oder mit geringem Luftwechsel erfolgen soll, also z. B. bei selten begangenen oder bewusst luftdicht ausgeführten Räumen. Bei einer Perimeterdämmung mit Schaumglas, das wasserdampfdicht ist, kann im hygrisch stationären Zustand kein Wasserdampf in die Weiße Wanne mehr von außen eindiffundieren.

Perimetersystem Schaumglas

Das seit Jahrzehnten als Wärmedämmstoff im Bauwesen bekannte Schaumglas ist wegen der Dichtigkeit von Glas gegen flüssiges Wasser und diffundierende Wassermoleküle und wegen der geschlossenen Zellen von Schaumglas durchfeuchtungssicher. Außerdem ist es baupraktisch stauchungsfrei und drucksteif, im Vergleich zu anderen Dämmstoffen hoch belastbar und zeigt praktisch keine Formänderung im Belastungszustand bis zum Bruch. Ist in der Bauphase eine Beschädigung nicht ausgeschlossen, muss eine Schutzschicht eingebaut werden. Eine solche ist gegebenenfalls bei allen Arten von Dämmstoff vorzusehen, beispielsweise wenn grobkantiges Verfüllgut vor einer Perimeterdämmung in die Baugrube eingebracht wird. Schaumglas als Perimeterdämmung darf nach den vorliegenden bauaufsichtlichen Zulassungen bei Bodenfeuchtigkeit, nichtdrückendem Wasser und sogar bei ständig einwirkendem Druckwasser bis 12 m Eintauchtiefe verwendet werden. In Bereichen mit ständig oder lang anhaltendem Grundwasser sind die Schaumglasplatten vollflächig und vollfugig mit Bitumen oder Bitumenwerkstoffen zu verkleben (sog. Kompaktbauweise). Gegen Ungeziefer, Nagetiere und Termiten ist Schaumglas ebenfalls beständig. Außerdem ist es nichtbrennbar (Euroklasse A). Der Bitumen-Kaltkleber PC 56® WU ist entwickelt worden zur Verklebung von Schaumglas mit Beton-Bauteilen von Weißen Wannen, von Schaumglas mit Schaumglas an den Stirnflächen der Dämmplatten und als Deckanstrich für Schaumglasoberflächen. Der Kleber besteht im Wesentlichen aus einer polymervergüteten, wässrigen Bitumenemulsion, die nach dem Vermischen der beiden Komponenten in relativ kurzer Zeit (ca. 1 Tag) durch Wasserabgabe und hydraulische Abbindung verfestigt. Wie durch Untersuchungen an der Universität Dortmund nachgewiesen wurde, können mit Hilfe von PC® 56 WU auf Beton aufgeklebte Schaumglasplatten sich öffnende Risse im Beton überbrücken, wenn die Rissweite 0,6 mm nicht übersteigt. Dadurch kann die Dichtigkeit gegen flüssiges Wasser an solchen Rissen erhalten werden. Perimeterdämmschichten aus Schaumglas müssen zur Lagefixierung in der Bauphase und um ein Aufschwimmen bzw. Abrutschen an senkrechten Flächen zu verhindern, vollflächig mit der später eingeerdeten Außenwand verklebt werden. Verwendet man dazu den Kleber PC® 56 WU, erreicht man, dass bei einer Rissbildung – bei Einhalten einer maximalen Rissweite von 0,2 mm im WU-Beton – die Schaumglasdämmschicht mit dem Kleber den Riss mit einer dreifachen Sicherheit wasserundurchlässig überbrückt. An Bodenplatten ist in analoger Weise zu erwarten, dass ein Abstrich aus Heißbitumen auf den Schaumglasplatten durch die vertikale Pressung sich mit der Unterseite der Bodenplatte scherfest und unterwanderungssicher verbindet und ebenfalls eine Überbrückung von Rissen der o. g. Dimension gewährleistet. Verklebt man Schaumglas und WU-Beton mit dem Spezialkleber PC® 56 WU – bzw. an horizontalen Flächen alternativ mit Bitumen – entsteht ein kompaktes Schichtsystem, bei dem die Kleberschicht sowohl mit der "Schutzschicht" bzw. Dämmschicht aus Schaumglas als auch mit dem abzudichtenden Untergrund aus WU-Beton in vollflächigem Haftverband steht. Dieser beidseitige Verbund erhöht die Sicherheit gegen Wasserdurchtritt sehr, weil eine Umläufigkeit des einwirkenden Wassers ausgeschlossen ist und daher eine Undichtigkeit den Wasserdurchgang im Schaumglas, im Kleber und im WU-Beton an der gleichen Stelle zur Voraussetzung hätte, was nahezu ausgeschlossen sein dürfte. Die für das beschriebene Kompaktsystem notwendige, baupraktisch hohlraumfreie, allseitige Verklebung der Perimeterdämmplatten gelingt dauerhaft nur mit kleinformatigen Dämmplatten ohne Stufenfalz, wenn die Platten genügend steif sind und wenn der Kleber die richtige Konsistenz hat. Diese Bedingungen sind bei unbeschichteten FOAMGLAS®-Dämmplatten in Verbindung mit dem Kleber PC® 56 WU erfüllt.

Realisierung einer hochwertig genutzten Weißen Wanne

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Weiße Wanne der Wasserundurchlässigkeit so zu komplettieren, dass eine hochwertige Nutzung ohne Einschränkungen incl. einer verminderten Wahrscheinlichkeit für eine in der Nutzungsphase entstehende Undichtigkeit möglich ist. Wie dies in relativ einfacher Weise durch Anwendung von Schaumglas und Kleber PC® 56 WU erreicht werden kann, wird im Folgenden an einem Beispiel dargelegt.

Ausgestaltung der Außenwandflächen

Der Betonquerschnitt sollte ausreichend dick sein (mind. 25 cm) und eine die Rissweite auf max. 0,20 mm begrenzende Bewehrung enthalten. Wird Schaumglas vollflächig mit PC 56® WU am Wandbeton angeklebt und werden dabei auch alle Stirnflächen der Schaumglasplatten vollfugig mit Kleber geschlossen, besteht keine Angriffsfläche für eine Auftriebskräfte hervorrufende Druckwassereinwirkung. Da Schaumglas drucksteif und dicht gegen flüssiges Wasser sowie Wasserdampf ist, bleibt die Wärmedämmwirkung auch unter ungünstigen Bedingungen auf Dauer in vollem Umfang erhalten. Im Frostgrenzbereich übernimmt eine Abspachtelung mit PC® 56 WU den Zellverschluss. Die Dicke der Schaumglasplatten sollte mindestens 6-10 cm betragen, so dass die Weiße Wanne sich in das Wärmedämmniveau der wärmeübertragenden Hüllfläche des Gebäudes angemessen einfügt. Für den Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2 wäre eine Dämmschichtdicke von 6 cm ausreichend. Die Außenwände einer Weißen Wanne sind meist nicht so dick wie die Bodenplatte und können unter üblichen Bedingungen in der Bauphase nach zwei Seiten austrocknen. Dies führt zu einem schnellen Schwinden der Wände im Vergleich zur Bodenplatte und damit zu horizontalen Zugspannungen in den Wänden. Es ist deshalb günstig, die Perimeterdämmung in Kompaktbauweise möglichst bald außen auf die ausgeschalten Wände aufzubringen, damit dort das – oft zu schnelle – Austrocknen und eine Erwärmung durch Sonnenstrahlung, welche das Austrocknen beschleunigen würde, unmöglich wird. An der raumseitigen Oberfläche der Betonwände beim Innenausbau ist eine Oberflächenvergütung durch Anstriche, Putz, Spachtelung oder Vorsatzschalen möglich. Bei der Auswahl ist die bremsende Wirkung der raumseitigen Schichten auf die Baufeuchteabgabe der Betonwände zu bedenken. Eine langsame Abgabe der Baufeuchte würde das Schwinden der Betonwände verzögern und die Raumluft weniger mit Wasserdampf belasten, wäre also meist positiv zu bewerten. Die Bekleidung muss allerdings mit zunehmender Dichtigkeit gegen Wasserdampf in höherem Masse gegen Feuchte und alkalische Einwirkungen aus dem Beton beständig sein.

Ausgestaltung der Bodenplatte

Es sollte grundsätzlich eine unterseitig ebenflächige Bodenplatte mit möglichst konstanter Dicke und mit gleitfähiger Auflagefläche angestrebt werden, welche unterseitig wärmegedämmt ist. Um auch bei eventuellen Undichtigkeiten in der Bodenplatte eine erhöhte Sicherheit gegen Wasserdurchtritt zu erreichen, sollte das Prinzip der Kompaktverklebung auch hier angewendet werden: Das Erdreich wird zunächst mit einer Sauberkeitsschicht, z. B. aus Beton, belegt. Auf diese werden die Schaumglasplatten mit Heißbitumen oder – falls gewünscht – mit dem Kaltkleber PC® 56 WU aufgeklebt, wobei auch die Fugenspalten an den Stirnflächen der Schaumglasplatten vollflächig mit Kleber zu füllen sind. Dann folgt der Deckabstrich mit Kleber PC® 56 WU oder aus Heißbitumen, der die Schaumglas-Zellstruktur abschließt. Der Deckabstrich kann im Bedarfsfall zum temporären mechanischen Schutz des Schaumglases gewebeverstärkt werden. Dieser Abstrich muss in der vorgeschriebenen Mindestdicke aufgebracht werden, damit das Rissüberbrückungsverhalten mit ausreichender Sicherheit gewährleistet ist. Nun folgt die WU-Beton-Bodenplatte. Wenn sie auf dem zellfüllenden Abstrich langsame horizontale Gleitbewegungen ausführt, wird der Abstrich auf dem Schaumglas scherend verformt. Dabei bleibt der Verbund zwischen Kleber und Schaumglas sowie zwischen Kleber und WU-Beton wegen der vertikalen Pressungen erhalten, d. h. der Schichtenverbund erlaubt keine Umläufigkeit des einwirkenden Wassers. Der Bodenbelag muss nicht unbedingt auf einem schwimmenden Estrich oder ähnlichem verlegt werden, da die erforderliche Wärmedämmung ja unterhalb der Bodenplatte angeordnet ist. Denkbar wäre z. B. ein Bodenteppich oder ein Bahnenbelag, der auf die entsprechend vorbereitete und z. B. mit einer Bodenverlaufsmasse eingeebnete Betonoberfläche aufgeklebt wird. Soll ein schwimmender Estrich mit Bodenbelag aufgebracht werden, sollte die Bodenplatte zuerst mit einer Dampfbremsfolie belegt werden.

Ausgestaltung des Boden-Wand-Anschlusses

Die Erfahrung mit Weißen Wannen hat ergeben, dass der untere Außenwandbereich über der Bodenplatte besonders häufig undicht, d. h. von Wasser durchdrungen wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in diesem Bereich fast immer drei ungünstige Einflüsse zum Tragen kommen:

• Dort befindet sich fast immer eine Arbeitsfuge.
• Die später auf die Bodenplatte aufbetonierte Außenwand erhält horizontale Zwangsspannungen zunächst durch den Abfluss der Hydratationswärme und später durch das schnellere Schwinden der Betonwand im Vergleich zur Bodenplatte.
• Die in der Außenwand nach unten geleiteten Druckkräfte belasten den Rand der Bodenplatte exzentrisch und erzeugen Biegespannungen in der Bodenplatte und dadurch auch in den Wänden.

Die Bodenplatte sollte deshalb unter der Außenwand hindurch einige Dezimeter weitergeführt werden (Bild 3). Dadurch wird die Biegebeanspruchung durch die Vertikallasten in den Wänden und in der Bodenplatte abgemildert und auch die dort besonders hohe vertikale Bodenpressung reduziert. Die hohe Drucksteifigkeit und das baupraktisch stauchungsfreie Verformungsverhalten von Schaumglas wirken sich hierbei günstig auf die Spannungen und Verformungen und damit auf die Biegebeanspruchung an dieser Stelle aus. Außerdem bietet die vorspringende Bodenplatte zunächst eine geeignete Aufstandsfläche für die äußere Schalung der Wände und später für die vertikale Schaumglasdämmschicht. Werden die Schaumglasplatten im Eckbereich zwischen Wand und Bodenplatte hohlraumfrei verlegt, sind weder ein Absenken der Dämmung bei Setzungsbewegungen des Verfüllraumes vor der Außenwand, noch eine vertikale Druckwassereinwirkung von unten her auf das Schaumglas, welche Auftriebskräfte verursachen würden, möglich. Die Kehle zwischen Wand und vorspringender Bodenplatte sollte nicht ausgerundet werden, auch wenn dies die (hier nicht anzuwendenden) Regeln für Bahnenabdichtungen vorsehen. Der Kaltkleber PC 56® WU benötigt nämlich keine Ausrundung, da er im plastischen Zustand eingebaut wird, in dem er sich jeder Form anpassen kann. Außerdem würde eine Ausrundung eine entsprechende Bearbeitung der unteren Stirnfläche der ersten Reihe von Schaumglasplatten erforderlich machen, was nicht baustellengerecht ist. Werden Undichtigkeiten an dieser Kehle befürchtet, kann dort eine materialgerechte Verstärkung der Kleberschicht durch einen erhöhten Materialauftrag – u. U. in Verbindung mit einer Gewebeeinlage – entlang der äußeren Boden-Wand-Ecke vorgenommen werden. Im Beiblatt 2 zu DIN 4108-2 (Bilder B5 und B6) wird vorgeschlagen, unter dem Wandfuß ein Streifenfundament anzuordnen. Das wäre zwar ein gutes Mittel, die Biegespannungen in der Boden-Wand-Ecke abzumindern, doch hätte der ungedämmte Bereich zwischen Streifenfundament und Bodenplatte einen beträchtlichen Wärmeverlust (Wärmebrückenwirkung) zur Folge. Bei der hier empfohlenen Ausführung, die Bodenplatte deutlich vorstehen zu lassen und sie dort lückenlos mit Dämmstoff zu umkleiden, ist keine Wärmebrücke mehr gegeben und damit sind weder Wärmeverluste noch Schimmel oder Tauwasser zu befürchten. Die mechanische Belastung der WU-Betonbauteile im Wand-Eck-Bereich ist so verringert, dass auch die Rissgefahr wesentlich geringer ist als bei üblicher Ausführung dieser Stelle.