Instandsetzung gerissener Mauerwerke

Verfüllende Injektionen

Verfüll-, Verpress- und Injektionsmörtel haben ähnliche Anwendungsbereiche. Sie werden zum Verfüllen und Verschließen von Hohlräumen und Rissen, für Hinterfüll- und Verpressarbeiten sowie zur Verfestigung und/ oder Versiegelung von Mauerwerk verwendet, das sowohl aus Ziegel- als auch aus Natursteinen bestehen kann. Für die verfüllende Injektion werden im Markt auch Begriffe wie Spaltinjektion oder Hohlrauminjektion verwendet. Der Verbund zwischen zwei Schalen oder Schichten im Mauerwerksquerschnitt kann allerdings nur hergestellt werden, wenn die Oberflächen kohäsive Eigenschaften aufweisen. Liegt eine Kohäsion nicht vor, sind Hinterfüll-, Verfüll- oder Spaltinjektionen wirkungslos.

Bei der Injektion in historischen Mauerwerken muss beachtet werden, dass diese oftmals einen nicht unerheblichen Anteil an gipshaltigen Mörtel beinhalten. Die Sulfate reagieren mit dem Trikalziumaluminat zu Ettringit und kristallisieren in feine seidenglänzende Nadeln aus. Durch die Anlagerung einer erheblichen Menge an Kristallwasser kommt es zu einer wesentlichen Volumenvergrößerung, so dass ein hoher Kristallisationsdruck entsteht. Bei den verfüllenden Injektionen wird zwischen drucklosen (< 1 N/ mm?) sowie Druckinjektionen unterschieden. Letztere wiederum werden unterteilt in Anwendung unter

• geringem Druck (< 10 N/ mm²),
• Druck (ca. 10 bis 50 N/ mm?) und
• Hochdruck (> 50 N/ mm?).

Die Konsistenz des Injektionsmörtels ist für den Erfolg der Injektion von entscheidender Bedeutung. Aufgrund des Absackens der Zementsuspension wird in der Regel eine Nachinjektion notwendig. Vor der Injektion sollten die Bohrlöcher intensiv befeuchtet werden, damit dem Injektionsmörtel nicht zu viel Wasser entzogen wird. Ein zu hoher Wasserentzug würde die Fließfähigkeit des Injektionsmörtels reduzieren und damit dessen optimale Verteilung im Mauerwerksquerschnitt verhindern.

Mauerwerksinjektionen mit klassischen Injektionsmörteln haben bei Mauerwerken mit großen Querschnitten den Nachteil, dass beträchtliche Mengen an Injektionsmörtel und Wasser in das Bauwerk eingebracht werden müssen und die Injektionsmörtel ggf. eine zu hohe Festigkeit aufweisen. Hierbei ist von Festigkeiten von bis zu 80 N/ mm? und einem E-Modul von über 30.000 N/ mm? die Rede. Um diese Nachteile vor allem bei der Anwendung von historischem Mauerwerk zu vermeiden, wurden so genannte Schaummörtel entwickelt. Hierbei handelt es sich um Zementleime mit einem sehr hohen Porenanteil. Schaummörtel zeichnen sich dadurch aus, dass größere Anteile der Zuschläge oder der gesamte Zuschlagsanteil durch Luftporen oder Leichtfüllstoffe ersetzt werden. Dadurch unterliegen die Festmörteleigenschaften anderen Gesetzmäßigkeiten als z. B. klassische Injektionsmörtel. Diese Art der Luftporentechnologie ist auch von Porenbeton oder Sanierputzen bekannt.

Kraftschlüssige Injektionen

Gerissene Mauerwerke verhalten sich anders als gerissene Bauteile aus Stahlbeton. Ältere Mauerwerke haben keine Bewehrung, durch die die Zwangkraft aus der Bauteildehnung aufgenommen und ein Riss überbrückt werden kann. In Folge dessen treten bei Mauerwerken in der Regel deutlich weniger Risse auf als bei Stahlbetonbauteilen, andererseits sind die Risse häufig deutlich größer. Finden im Mauerwerk Dehnungen statt, z. B. aufgrund von temperaturbedingten Bauteilverformungen oder in Folge von Setzungen, entsteht in der Regel ein Riss. Weitere Bewegungen wirken nun vor allem auf diesen (Einzel)Riss ein, so dass größere Rissbreiten entstehen. Im Gegensatz zu Stahlbetonbauteilen treten bei Mauerwerken weniger Risse mit größerer Rissbreite oder ein massiver Einzelriss auf, der bis zu mehrere Zentimeter Rissbreite aufweisen kann.

Um die Druck-, Biege- oder Haftzugfestigkeit von Mauerwerken zu erhöhen und einen kraftschlüssigen Verbund herzustellen, werden kraftschlüssige Injektionen durchgeführt. Die genannten Zielstellungen der kraftschlüssigen Injektion werden durch den Aufbau einer zugfesten Verbindung zwischen beiden Rissflanken und durch eine gleichmäßige Verfüllung der Hohlräume, Risse und sonstigen Öffnungen erreicht. Für die Durchführung der Mauerwerksinjektion werden die bereits bei der Injektion von Betonbauteilen erwähnten Epoxidharze, Polyurethane, Zementleime und Zementsuspensionen empfohlen. Im Gegensatz zu ihrer Anwendung bei Betonbauteilen (homogenes Gefüge, hohe Festigkeit, gute Flankenhaftung etc.) ist die kraftschlüssige Injektion bei Mauerwerken wenig sinnvoll und führt in der Regel nicht zu einer Verbesserung (statische Ertüchtigung) der Konstruktion. Um dies zu erreichen, muss ein kraftschlüssiges Verfüllen von Rissen und Hohlräumen im Mauerwerk in Verbindung mit Verankerungen bzw. Vernadelungen durchgeführt werden.

Verankerung

(oder Vernadelung) von Mauerwerk

Mit Verankerung (oder Vernadelung) wird ein Instandsetzungsverfahren bezeichnet, mit welchem gerissene Mauerwerke miteinander verklammert werden können oder eine abgelöste äußere Schale wieder mit dem Hintermauerwerk verbunden werden kann. Mit einer Verankerung können folgende Ziele verfolgt werden:

• Stabilisierung des Mauerwerks,
• Herstellung der ursprünglichen Tragfähigkeit,
• nachträgliche Erhöhung der Tragfähigkeit.

Die am häufigsten eingesetzten Anker sind die so genannten Spiral- oder Gewindeanker aus Edelstahl, im Folgenden nur noch Spiralanker genannt. Diese haben in der Regel eine Länge bis zu 4 Metern und werden rechtwinklig zum Riss gesetzt, wobei die Lagerfugen mit eingeschlossen werden. Die Spiralanker werden mittig mit Hilfe von Abstandhaltern in die Bohrungen des Mauerwerkes eingelegt. Anschließend wird der vorhandene Hohlraum mit einem geeigneten Injektionsstoff verfüllt, wofür spezielle Zementsuspensionen verwendet werden. Mit der Verwendung der Abstandhalter soll sichergestellt werden, dass eine ausreichende und gleichmäßige Überdeckung des Spiralankers zustande kommt.

Die Spiralanker haben die Aufgabe, die Horizontalkräfte aufzunehmen, die vor allem bei Mauerwerksgefügen mit nicht kohäsiver Innenschale sowie bei kohäsiven Mauerwerksgefügen im Lasteintragungsbereich auftreten. Die Lastübertragung zwischen der äußeren Schale des Mauerwerks und dem Spiralanker erfolgt über die Verbundwirkung des Injektionsmörtels mit dem Anker und dem Mauerwerk. Maßgebend für die Wirksamkeit der Mauerwerksvernadelung sind die maximal aufnehmbare Ausziehkraft und die Federsteifigkeit der Anker. Ausziehkraft und Federsteifigkeit wiederum hängen von der Stahlgüte und der Profilierung der Anker, von den mechanischen Eigenschaften des Injektionsmörtels, von der Verbundlänge und von der Querzugfestigkeit des umgebenden Mauerwerks ab. Wichtig in dem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass Spiralanker eine klassische Bewehrung im Mauerwerk nicht darstellen oder ersetzen können, sondern nur zur Rissbreitenbegrenzung eingesetzt werden.

Zum Setzen der zu den Spannankern gehörenden Verpressankern werden in das gerissene Mauerwerk Bohrlöcher gebohrt und der Bohrlochgröße entsprechende dünne, gerippte Stahlstangen eingeführt, damit ein ausreichender Abstand zwischen Verpressanker und Mauerwerk vorhanden ist. In diesen Abstand zwischen Anker und Mauerwerk wird anschließend der Zementmörtel bzw. die -suspension eingebracht und verpresst. Besonders gut geeignet sind hohlräumige Konstruktionen, da durch den Zementmörtel oder die -suspension nicht nur die Hohlräume verfüllt und damit verfestigt werden, sondern auch eine ausreichende Verkrallung und Haftung zwischen dem Verpressanker und dem Mauerwerk hergestellt wird.