9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 215 Fugeninstandsetzung Möglichkeiten zur Verbesserung der Nachhaltigkeit bei der Fugenerneuerung von historischem Sichtziegelmauerwerk Hans-Hermann Neumann Bausachverständigenbüro Dr. Neumann, Hamburg Zusammenfassung Ziegelmauerwerk besitzt einen Fugenanteil von ca. 20 %. Erst nach Wiederentdeckung des Sichtziegelmauerwerks zu Beginn des 19. Jahrhunderts tritt die nachträgliche Verfugung des Vormauerwerks in den Vordergrund. Aus technischer Sicht musste die nachträgliche Verfugung aber zusammen mit den Ziegeln/ Klinkern des Vormauerwerks den Wetterschutz bilden. Mit Erfindung des Portlandzementes bestand die Deckfuge ausschließlich aus dem Bindemittel Zement und Gesteinskörnung oder einem hohen Anteil von dieser Bindemittelkomponente. Heute dominieren Wandkonstruktionen den Neubau, die aus einem Hintermauerwerk, Kerndämmung und einer Verblendschale aus Ziegeln oder Klinkern bestehen. Ein Grenzwert für die Wasseraufnahme existiert nicht. Bei einer nachträglichen Verfugung beträgt die minimale Ausräumtiefe 1,5 cm. Die Fugenoberfläche sollte stets bündig mit den Steinoberflächen ausgeführt werden. Dies entspricht den „anerkannten Regeln der Technik“. Als Fugeninstandsetzung von Bestandsbauten mit Ziegelmauerwerk hat sich seit über 30 Jahren die Schlämmverfugung etabliert, ohne Hydrophobierung auch für denkmalgeschützte Bauwerke. Da eine Anwendung bereits für rückgewitterte Fugenoberflächen möglich ist und ansonsten nur geringe Ausräumtiefen erforderlich sind, kann damit eine günstigere Energiebilanz hinsichtlich der Herstellungskosten des Zementes für das Produkt erreicht werden als für die klassischen Fugenmörtel. Der Anwendung sind jedoch enge Grenzen gesetzt. Die beiden genannten Punkte bilden heute einen wichtigen Aspekt der „anerkannten Regeln der Technik“, so dass deren Anwendung auch der Maßstab bei Fugeninstandsetzungen von historischem oder denkmalgeschütztem Ziegelmauerwerk geworden ist, obwohl hier ursprünglich oft nur eine Ausräumtiefe von ca. 0,5 cm vorlag. Mit den heutigen Regeln für Verblendschalen, wird die erforderliche Schlagregensicherheit für historische Bauwerke oft nicht erreicht. Deshalb sollte durch Modifizierung der Fugenmörtel auf die ursprüngliche Vorgehensweise zurückgegriffen werden. Dies verhindert nicht nur Schäden, sondern spart auch im Sinne der Nachhaltigkeit Zement und damit CO 2 ein. 1. Einleitung Anders als bei Natursteinmauerwerk von historischen Bauwerken besitzt Sichtziegelmauerwerk einen sehr viel größeren Fugenanteil. Dieser beträgt bei Vormauerwerk aus Ziegeln im Normalformat ca. 19 - 20 %. Deshalb soll die Problematik der Fugeninstandsetzung in diesem Beitrag anhand von historischem Ziegelmauerwerk betrachtet werden. An Denkmälern haben Ziegel eine größere Erhaltungspriorität bei der Instandsetzung als Fugen- und Mauermörtel. Mörtel selbst oder die Grenzflächen zum Ziegel oder Klinker dienen in sehr viel stärkerem Maß als Transportwege von ablaufendem Regenwasser in den Mauerwerksquerschnitt hinein als die Ziegel. Die Einbautiefe der Ziegel ist im Mauerwerksquerschnitt durch ihr Format begrenzt, sei es in der Einbauposition als Läufer- oder Kopfstein. Im Vormauerwerk hat der Einbau von Kopfsteinen die Brückenfunktion zum Hintermauerwerk inne, wenn es um die Betrachtung von historischem Massivmauerwerk geht. Aber nicht sämtliche Kopfsteine sind mit dem Hintermauerwerk verbunden, sondern wurden teilweise halbiert. Hier stand dann die visuell wahrnehmbare Ausbildung eines regelmäßigen Verbandmusters (z. B. Kreuzverband) im Vordergrund. Für den Weitertransport von Wasser aus den Poren der Ziegel in den Wandquerschnitt hinein, muss wieder ein Übergang in das Fugennetz stattfinden. Dem können eine Brennhaut auf der Rückseite des Ziegels oder ein fehlender Mauermörtelkontakt entgegenstehen, während der Mörtel ein Netz durchgängiger Leitungsbahnen bildet, lediglich unterbrochen von Fehlstellen bei der Erstellung des Mauerwerks. Bei der Fugeninstandsetzung historischer und denkmalgeschützter Bauwerke lassen sich heute zwei wesentliche Gesichtspunkte in Bezug auf die Nachhaltigkeit nennen. Zum einen geht es um die Erhaltung oder Verbesserung der Funktionsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen, zum anderen um die Vermeidung hoher CO 2 -Emissionen bei der Produktion von Mörteln. Da die meisten Mörtel für die historischen Gebäude aus Ziegelmauerwerk seit dem Ende des 19. Jahrhunderts im Bindemittel eine Zementkomponente aufweisen oder im Fall der Fugenmörtel Zement oft das einzige Bindemittel darstellt, sind hier zwei Prozesse zu betrachten, einmal der CO 2 -Ausstoß durch den Energieträger zur Herstellung des Zementes und einmal der CO 2 -Verlust der Kalkkomponente in der Rohstoffmischung durch das Brennen. Bei den äu- 216 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Fugeninstandsetzung ßeren Einflüssen ist die Schlagregensicherheit bei dieser Betrachtung der Nachhaltigkeit am wichtigsten. Der Regenschutz darf sich durch die Instandsetzung nicht verringern, sondern sollte etwa dem Zustand angeglichen werden, den das augenscheinlich und messtechnisch intakte Bestandsmauerwerk aufweist, sofern dies nicht von vornherein als technisch problematisch anzusehen ist. Für die Fugeninstandsetzung existieren heute zwei gängige Methoden. Liegt eine Rückwitterung von wenigen Millimetern in den Fugen vor, die zu einer verstärkten Wasseraufnahme führt, so hat sich die Schlämmverfugung in vielen Fällen inzwischen als praktikable Instandsetzungsmethode etabliert. Dabei erfolgen nach der Reinigung zunächst eine Flächenhydrophobierung und dann die Applikation der Fugenschlämme. Nach dem Entfernen von Schlämmeresten von den Ziegel- oder Klinkeroberflächen wird nochmals eine flächendeckende Hydrophobierung aufgetragen. An Denkmälern sollten aus denkmalpflegerischer Sicht jedoch keine Hydrophobierungsmittel eingesetzt werden, so dass nur die Fugenschlämme selbst zum Einsatz kommt. Sind stärkere Fugenschäden vorhanden, so kommen für die Fugeninstandsetzung von denkmalgeschütztem Sichtziegelmauerwerk die Anforderungen, wie sie im Neubaubereich für eine nachträgliche Verfugung existieren, zum Tragen. Das bedeutet eine Mindestausräum- und Einbautiefe des neuen Fugenmörtels von 1,5 cm. Der maximale Grenzwert für Verblendschalen im Neubau lässt sich nicht auf Denkmäler anwenden, da dieser aus der Dicke der Verblendschale errechnet wird. Die festgelegten Bedingungen aus dem Neubaubereich entsprechen den „allgemein anerkannten Regeln der Technik“. Ein weiteres Kriterium sind oft ästhetische Ansprüche. In der Regel liegt bei historischem Ziegelmauerwerk ein Fugenglattstrich mit dem Fugeisen vor. Ist diese Oberflächenform noch auf wetterabgewandten Gebäudeseiten erhalten, wünschen der Bauherr und/ oder die zuständigen Mitarbeiter der Denkmalpflegebehörde zumeist die gleiche Oberflächenstruktur im Zuge einer Fugeninstandsetzung. Dieses Ergebnis lässt sich nicht mit einer Fugenschlämme erzielen. Dieser Beitrag soll die Möglichkeiten und Grenzen, des Einsatzes von Fugenschlämmen in der praktischen Anwendung aufzeigen, denn es handelt sich bereits um eine Möglichkeit den CO 2 -Ausstoß zu verringern, einfach weil weniger Zement infolge der geringeren Instandsetzungstiefe der Fugen eingesetzt wird. Der andere, bisher weniger bekannte oder beachtete Ansatz einer Fugeninstandsetzung an denkmalgeschütztem Ziegelmauerwerk orientiert sich an dem historischen Vorbild und den möglichen und häufig auch nachgewiesenen Schäden bei einer Übertragung der Anforderungen aus dem Neubaubereich. Technisch äußert sich dies gegenüber dem noch intakten Original auf wetterabgewandten Seiten in einer sehr viel höheren zeitabhängigen Wasseraufnahme. Dabei spielt die Verarbeitung eine große Rolle. Angeregt werden soll ein fachliches Nachdenken bei Herstellern und allen an der Instandsetzung Beteiligten über ein Abweichen von den heute gängigen Vorgaben, mit dem Ziel nicht nur zu einer Verringerung des CO 2 -Ausstoßes bei der Produktion von Zement durch den geringeren Verbrauch bei der Instandsetzung zu gelangen, sondern auch zu einer besseren Angleichung in den technischen Eigenschaften an den intakten Originalbestand, explizit in Bezug auf die zeitabhängige Wasseraufnahme, durch Verringerung der Instandsetzungstiefe. 2. Die Schlämmverfugung 2.1 Vorbemerkungen Wenn eine Schlämmverfugung als Instandsetzungsmaßnahme des Fugennetzes für denkmalgeschütztes Ziegelmauerwerk die beste Methode darstellt, dann darf weder vorher noch nachher eine Flächenhydrophobierung eingesetzt werden. Die Rahmenbedingungen für die Anwendung von Hydrophobierungen gibt das WTA-Merkblatt 3/ 17 (Ausgabe. 08/ 2009) als eine Art Leitfaden vor. Das Merkblatt gilt auch für historisches Ziegelmauerwerk, wobei der Einfluss der Brennhaut noch nicht ausreichend berücksichtigt wurde. Auf die Problematik von Hydrophobierungen an Ziegelmauerwerk weist Neumann (2010) hin. In der Vergangenheit enthielten die Fugenschlämmen selbst zumeist kein Hydrophobierungsmittel. Inzwischen gibt der Marktführer für Fugenschlämmen zur Instandsetzung von Bestandsbauten aus Ziegeln in seinem technischen Merkblatt einen Wasseraufnahmekoeffizienten von < 0,1 kg/ m 2 h 0,5 an. Das bedeutet, dass die Schlämme stark wasserabweisend wirkt und demzufolge werkseitig ein Hydrophobierungsmittel zugefügt worden sein muss. Deshalb ist bei einem geplanten Einsatz am denkmalgeschützten Bauwerk stets darauf zu achten, dass die Fugenschlämme werkseitig kein Hydrophierungsmittel enthält. 2.2 Erfolgreiche Anwendung bei Vormauerwerk mit Lochverblendziegeln Der erfolgreiche Einsatz am Denkmal soll nachfolgend an Beispielen erläutert werden. Vormauerwerk aus Lochverblendziegeln weist im Originalzustand sehr geringe Fugenhöhen und -breiten auf. Diese reichen von ca. 0,5 bis 0,8 mm. Das erschwert eine Fugeisenverfugung, auch wenn diese nicht unmöglich ist. 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 217 Fugeninstandsetzung Abb. 1: Zerstörungsfreie Messung der Wasseraufnahme mittels Wasseraufnahme-Prüfplatte nach Franke. Kirche Hamburg-Moorburg Voruntersuchungen an der Kirche in Hamburg-Moorburg (Turminstandsetzung) ergaben eine sehr hohe zeitabhängige Wasseraufnahme des Verbundes, welche mit der Wasseraufnahme-Prüfplatte nach Franke untersucht wurde. Abb. 1 zeigt beispielhaft die Messungen. Die Wasseraufnahme der Lochverblendziegel war gemäß der Messung mit dem Wassereindringprüfer nach Karsten aufgrund der gleichmäßigen und wenig porösen Brennhaut erwartungsgemäß sehr gering und bleibt bei der Darstellung der Wasseraufnahmegehalte in Abb. 2 unberücksichtigt. Auf andere Schäden wird an diesem Beitrag nicht eingegangen. Abb. 2: Ergebnisse der der zerstörungsfreien Prüfung der Wasseraufnahme. Die zeitabhängige Wasseraufnahme variiert sehr stark. Durchführung mittels der Wasseraufnahme-Prüfplatte nach Franke. Hohe Wasseraufnahmewerte treten offensichtlich in Zusammenhang mit Fehlstellen im Fugenmörtel auf, die in Löcher im Mauermörtel übergehen können. Ein Beispiel mit Löchern im Fugenmörtel gibt Abb. 3 wieder. Aber selbst bei rückgewitterter Oberfläche, wie sie in dem Bild sichtbar ist, konnte eine relativ hohe Wasseraufnahme mit der Franke-Platte festgestellt werden. Ursächlich ist die Bindemittelauflösung rund um die Zuschlagkörner, wie es die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (Abb. 4) bestätigt. Abb. 3: Löchrige Verwitterung des sehr dünnen Fugenmörtels. Aber auch die ansonsten intakt erscheinende, lediglich zurück gewittere Oberfläche ist bereits stark geschädigt. Abb. 4: Rasterelektronenmikroskopische Aufsicht aus dem makroskopisch intakt erscheinenden Bereich der Mörteloberfläche. Das Bindemittel ist stark angelöst und hat sich von den Zuschlagkörnern gelöst. Aufnahme im Rückstreuelektronenmodus. Für eine erfolgreiche Instandsetzung durch das Einbringen der Fugenschlämme in die Fuge mit einem Reibebrett und das Abziehen mit dem Abziehbrett reicht oft schon eine Rückwitterungstiefe von ca. 2 mm aus. Ohne zusätzliche Flächenhydrophobierung kann es jedoch erforderlich sein, die Fugen zu vertiefen. Eine Tiefe von 4 mm ergibt erfahrungsgemäß gute Ergebnisse. Nach Herstellerangaben stellt 10 mm die Maximaltiefe dar. Bei dem Aufschneiden der Fugen können sich insbesondere in den Stoßfugen Fehlstellen öffnen (Abb. 5). 218 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Fugeninstandsetzung Abb. 5: Bei Lochverblendziegeln ausgeschnittene Fugen. In den Stoßfugen lassen sich häufig Fehlstellen feststellen. Es handelt sich dabei zumeist um primäre Lücken durch unvollständige Füllung der Stoßfugen mit Mörtel bei dem Versetzen der Steine. Diese müssen vor der flächendeckenden Verschlämmung gefüllt werden, z. B. mit kartuschengängigem Mörtel (ausreichende Plastizität), wie es Abb. 6 nachvollziehbar darstellt. Abb. 6: Auffüllung von Stoßfugen mit Kartuschenmörtel vor der Schlämmverfugung. Manche Hersteller bieten auch ein Produkt an, welches mit der Fugenschlämme mischbar ist und der „Unterfütterung“ dient. Es handelt sich dabei in der Regel um Quarzsand der gröber als die Körnung der Fugenschlämme ist und in vorgegebenem Verhältnis untergemischt wird. Nach Fertigstellung und Reinigung kann mit einer Schlämmverfugung ein Fugenbild wie in Abb. 7 entstehen. Abb. 7: Mit eine Fugenschlämme fertiggestellte Oberfläche. Ausschnitt aus einer Ziegelfassade mit Lochverblendziegeln. Bevor eine solche Verfugung durchgeführt wird, sind entsprechende objektspezifische Voruntersuchungen durchzuführen. In diesem Fall wurden begleitend die Feuchteparameter bestimmt und der Mörtel untersucht. Die Ziegel lassen nur geringe Feuchtegehalte und demzufolge einen niedrigen Durchfeuchtungsgrad erkennen. Demgegenüber steigt der Durchfeuchtungsgrad im Setzmörtel und dem Mörtel hinter den Vormauersteinen stark an (Abb. 8a/ b). Abb. 8a: Feuchteparameter von der Turmwand der Kirche in Moorburg. Die Lochverblendziegel selbst weisen nur geringe Feuchtegehalte auf. Der Mauermörtel dazwischen und der Verfüllmörtel dahinter umso größere, obwohl die maximale Wasseraufnahme unter Atmosphärendruck (Sättigungsfeuchte) nur wenig variiert. 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 219 Fugeninstandsetzung Abb. 8b: Berechneter Durchfeuchtungsgrad. Indirekt lässt sich daraus auf eine starke Durchfeuchtung über das Fugennetz schließen. Dies drückt sich auch in Veränderungen im Gefüge in Form von Auflösungen und Mineralneubildungen aus. Säume aus Calcitkristallen an den Fugenrändern und in großen Poren weisen auf einen starken Wasserdurchgang hin (Abb. 9). Abb. 9: Aufgrund des großen Wassertransportes über das Fugennetz haben sich bereits Calcitsäume in größeren Poren gebildet. Lange Bildkante: 1 mm. Teilgekreuzte Polarisatoren. Zudem hat sich sekundärer Ettringit gebildet, erkennbar an den Kristallen in der Pore, die einen nadeligen Filz bilden (Abb. 10). Abb. 10: Außerdem hat sich sekundärer Ettringit in den Poren gebildet. Erkennbar an dem nadeligen Filz. Lange Bildkante: 1 mm. Parallele Polarisatoren. Zudem sollte stets mindestens eine Musterfläche angelegt werden, um zu prüfen, ob eine Schlämmverfugung geeignet ist oder eine andere Art von Fugeninstandsetzung gewählt werden muss. 2.3 Missglückte Schlämmverfugung Herstellerseitig wird oft bereits darauf hingewiesen, dass eine Schlämmverfugung für Ziegel mit strukturierter oder besandeter Oberfläche ungeeignet ist. Eine Fehleinschätzung kann eintreten, wenn weder Voruntersuchungen durchgeführt noch Musterflächen angelegt wurden. Bei der Mauerwerksoberfläche in Abb. 11 könnten Zweifel aufkommen, ob eine Schlämmverfugung sinnvoll durchführbar wäre. Abb. 11: Verschmutztes Mauerwerk mit leichter Strukturierung der Ziegeloberfläche. Spätestens nach der ersten Reinigung (Abb. 12), die für die geringe Ziegelfestigkeit bereits zu stark war, hätten Zweifel an der Eignung aufkommen müssen. Die Reinigung war der erste Schritt bei der Instandsetzung. Bei augenscheinlich intakten Fugen wurde keine Schlämmverfugung durchgeführt, sondern nur auf der stärker der Bewitterung ausgesetzten Gebäudeseite. 220 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Fugeninstandsetzung Abb. 12: Mauerwerksausschnitt von dem gleichen Bauwerk wie in Abb. 11. Nach der Reinigung. Verlust der Brennhaut durch falsche Reinigungsparameter. Das Resultat für eine misslungene Instandsetzung eines ganzen Fassadenabschnittes mit einer Fugenschlämme gibt Abb. 13 wieder. Die nachträgliche Reinigung mit einem kombiniertem Wasser-/ Partikelstrahlverfahren führte auch nicht zu einem ausreichenden Abtrag der hellgrauen Fugenschlämme auf den Ziegeloberflächen. Stattdessen vergrößerte sich offensichtlich die Schädigung der Ziegeloberflächen durch den zusätzlichen Oberflächenabtrag. Abb. 13: Misslungene Schlämmverfugung bei einer dafür ungeeigneten Fassade. Aufgrund der nicht ausreichend durchführbaren Nachreinigung, wurde die Oberfläche sogar mit einer Flex mit diamantbesetzter Topfscheibe nachbearbeitet, mit dem Resultat einer völligen Zerstörung der erhaltenswerten Oberfläche dieses Denkmals (Abb. 14)! Abb. 14: Da sich die Fugenschlämme nicht mehr durch die Reinigung entfernen ließ, hat man selektiv bestimmte Areale mit einer Flex mit diamantbesetzter Topfscheibe abgeschliffen. Noch erkennbar an den Schleifspuren auf dem Ziegel in der Bildmitte. 3. Die Instandsetzung mit dem Fugeisen- oder Kellenmörtel 3.1 Die übliche Vorgehensweise Bei der Instandsetzung von Vormauerwerk aus Ziegeln oder Klinkern mit strukturierter Oberfläche lässt sich keine Schlämmverfugung mit ästhetisch akzeptablem Resultat durchführen, wie ein Ausschnitt aus einer Musterfläche zeigt (Abb. 15). Stattdessen wird die Instandsetzung mittels Kellenfugenmörtel und einer Mindestausräumtiefe von 1,5 cm vorgezogen, nicht selten mit fatalen Folgen für die zeitabhängige Wasseraufnahme. Abb. 15: Für eine Schlämmverfugung ungeeignete Oberfläche, wie sich anhand einer Musterfläche feststellen ließ. 3.2 Mögliche negative Folgen bei der Fugeninstandsetzung mit Ausräumtiefen von mindestens 1,5 cm Besonders schwierig erweist sich häufig die Fugeninstandsetzung von Gebäuden mit einem Vormauerwerk aus dunkelroten Klinkern, die zumeist in den 1920er und 1930er Jahren entstanden sind. Ein denkmalgerechtes 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 221 Fugeninstandsetzung Fugenausräumen mit mittigem Entlastungsschnitt durch eine Flex und weiteres Entfernen des Fugenmörtels mit Hammer und Meißel, wie es von Seiten der Denkmalpflege allgemein favorisiert wird, lässt sich aufgrund der Härte des Fugenmörtels kaum durchführen. Dies geht oft einher mit Kantenabplatzungen an den Klinkern. Deshalb erfolgt das Entfernen des Fugenmörtels mit der Flex mit diamantbesetzter Trennscheibe im Ober- und Unterschnitt entlang der Klinkerränder. Alternativ wird eine Flex mit dicker Trennscheibe oder zwei Trennscheiben verwendet. Auf diese Weise kommt es zum Materialverlust am Klinkerrand. Die Fugenbreite und -höhe vergrößert sich. Das schränkt die Möglichkeiten für erneute Fugeninstandsetzungen stark ein. Der Fugenmörtel muss bei einer Ausräumtiefe in zwei Arbeitsgängen eingebracht werden. Das sehen auch die technischen Merkblätter der Hersteller von dafür verwendeten Mörteln vor. Ein Beispiel für die Fugenerneuerung an Mauerwerk aus dunkelroten Klinkern gibt das Übersichtsfoto Abb. 16 von dem oberen Teil einer Schule in Hamburg wieder. Deutlich sichtbar in der Aufnahme ist der originale Altbestand von Fugen anhand des dunkleren Farbtons in der linken oberen Bildecke. Abb. 16: Fugeninstandsetzung an einer Schule mit der üblichen Ausräumtiefe von 1,5 cm. Oben links liegen noch die Bestandsfugen vor, die sich dunkler abzeichnen. Die Detailaufnahme Abb. 17 zeigt augenscheinlich eine gute handwerkliche Verarbeitung des Fugenmörtels mit dem Fugeisenabdruck an der Oberfläche. Auch lassen sich keine Fugenflankenabrisse feststellen. Dennoch traten nach relativ kurzer Standzeit Schäden an den Innenseiten der Fensterleibungen im oberen Gebäudeteil der Westseite auf, die vor der Fugeninstandsetzung nicht vorhanden waren. Abb. 17: Ausschnitt aus dem instandgesetzten Mauerwerk aus Abb. 16. Die handwerkliche Fugenausbildung ist augenscheinlich nicht zu beanstanden. Die Fugenhöhe und -breite hat sich im Rahmen der Instandsetzung vergrößert. Obgleich die Pfeiler zwischen den Fenstern zum Hintermauerwerk einen Luftspalt aufweisen, konnte über das Fugennetz aufgenommenes Regenwasser im Bereich der durchgemauerten Leibungen nach innen gelangen, den Gipsspachtel auf dem Putz lösen und durch Rekristallisation direkt unter den dichten Farbschichtauf bau zu Blasenbildungen und Gipsausblühungen führen (Abb. 18). Abb. 18: Erst nach der Fugeninstandsetzung entstandener Schaden auf der raumseitigen Leibung infolge von Regenwasser, welches über die Fugen in das Mauerwerk eingedrungen ist. 222 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Fugeninstandsetzung Wie an vielen anderen Gebäuden mit vergleichbarer Außenhülle, lag keine ausreichende Verdichtung des Fugenmörtels mit der Tiefe vor. Obwohl von außen mit bloßem Auge kein Abriss sichtbar war, konnte mikroskopisch eine schlechte Anhaftung an den Klinkerflanken mit einer erhöhten Porosität festgestellt werden. Insgesamt nahm die Porosität nach hinten deutlich zu. Ein typisches Beispiel eines petrographischen Dünnschliffs als Querschnitt von einer Lagerfuge mit anhaftendem Klinker von einer anderen Schule mit vergleichbarem Vormauerwerk gibt Abb. 19 zum Verständnis dieses Gefüges wieder. Auch wenn außen eine Anbindung an die Fugenflanken durch das „Einbügeln“ mit dem Fugeisen entstanden ist, so reicht diese maximal 1 mm in den Fugenquerschnitt hinein. Danach liegt kein oder nur punktuell ein Kontakt zu den Klinkern vor. Abb. 19: Petrographischer Dünnschliff von einer Lagerfuge im Klinkermauerwerk nach der Instandsetzung. Die Verdichtung des Fugenmörtels nimmt mit zunehmender Tiefe ab. Nur ganz vorn liegt über eine Tiefe von ca. 1 mm eine Anhaftung an die Klinker vor. Ansonsten lassen sich an den Fugenflanken nur wenige Punktkontakte zu den Klinkerkanten feststellen. Außenseite: rechts. Lange Bildkante: 32 mm. Parallele Polarisatoren. Dies verdeutlicht die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (Abb. 20) von der Aufsicht auf die von dem Klinker abgelöste Fugenmörteloberseite des zuvor beschriebenen Beispiels. Nur die flachgedrückte Stelle links unterhalb der Bildmitte hatte Kontakt zum Klinker. Dementsprechend war die zeitabhängige Wasseraufnahme, bestimmt mit der Wasseraufnahme-Prüfplatte nach Franke, sehr hoch und erklärt die Schadensursache. Im Sommer können auf den dunkelroten Klinkeroberflächen Temperaturen bis 80°C entstehen, mit der Folge, dass durch thermische Dehnung und Kontraktion auch an der Vorderseite des Fugenmörtels sich mit zunehmender Zeitdauer weitere Abrisse bilden und die Poren des Fugenquerschnitt und -randes für ablaufendes Regenwasser noch besser zugänglich machen. Abb. 20: Aufsicht auf die Kontaktfläche des Fugenmörtels zum Klinker. Lediglich die Fläche links unterhalb der Bildmitte stellt einen Kontaktpunkt zum Klinker dar. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme im Rückstreuelektronenmodus. 3.3 Funktion des Vormauerwerks als alleiniger Wetterschutz Bei sehr vielen denkmalgeschützten Bauwerken, die im Zuge der industriellen Revolution im letzten Drittel des 19 Jahrhunderts bis in die 1930er Jahre entstanden sind, lässt sich ein Wandauf bau aus Vor- und Hintermauerwerk differenzieren. Das Vormauerwerk ist mit dem Hintermauerwerk in unterschiedlicher Weise verzahnt. Da beispielsweise durch die damals neuen Produktionstechniken oft sehr hochwertige und maßhaltige Ziegel und Klinker mit definierten Eigenschaften hergestellt werden konnten, wurden diese überregional eingekauft und durch die neuen Verkehrsmittel (Eisenbahnen und Binnenschifffahrt) zur Baustelle transportiert, während einfache porösere, in den Eigenschaften stark variierende Hintermauerziegel in der Nähe der Baustelle produziert wurden. Neue Baumaterialien wie Eisenträger wurden in Stürze direkt hinter dem Vormauerwerk eingebaut oder fungierten als Deckenträger mit Einbindung in das Hintermauerwerk. Analog kamen Stahlbetonträger, -stützen und -unterzüge zum Einsatz. Das Hintermauerwerk selbst wurde in sehr unterschiedlicher handwerklicher Qualität hergestellt. Es können auch viele Fehlstellen im Mörtel auftreten. Deshalb muss der Verbund aus Ziegeln/ Klinkern und Fugenmörtel den Schlagregenschutz sicherstellen. Besonders hoch müssen also die Anforderungen bezüglich des Feuchteschutzes an den Verbund aus dunkelroten Hartbrandklinkern und Fugenmörtel sein. Gelangt ablaufendes Regenwasser über die Fugen hinter die Klinker, kann es bei der Trocknung nur über den Umweg der Fugen wieder austrocknen, da die Klinker aufgrund ihrer glasigen Matrix nur wenig Wasser kapillar passieren lassen. Auf diese Weise kann es zu einer Auffeuchtung hinter den Klinkern kommen. Erhöhte Feuchtegehalte führen zur Korrosion von Eisenträgern oder Durchfeuchtungen von Räumen mit der Folge von Schimmelpilzwachstum oder Salzschäden im Putz oder der Beschichtung. Ein Bei- 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 223 Fugeninstandsetzung spiel von dieser Art von Wandauf bau mit einem korrodierten Sturzträger aus Eisen zeigt die Sondierungsöffnung in Abb. 21. Abb. 21: Sondierungsöffnung im Mauerwerk mit dunkelroten Klinkern. Der Verbund aus den Klinkern und dem Fugenmörtel stellt den einzigen Schlagregenschutz dar. Ist dieser nicht mehr intakt, kommt es zur Korrosion von Eisenträgern. 3.4 Lernen aus dem historischen Befund Der ursprüngliche Fugenmörtel reichte zumeist gar nicht bis in eine Tiefe von 1,5 cm in die Fuge hinein. Das konnte nicht nur bei Bauwerken mit einer Außenhülle aus Hartbrandklinkern festgestellt werden, sondern betrifft sehr viele, wenn nicht gar sämtliche Bauwerke mit diesem Mauerwerksauf bau. Durch die Mischung der Mörtel vor Ort, konnten durch Variation der Bindemittelkomponenten Kalkhydrat und Zement sowie der Gesteinskörnung Mörtel mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden. Dies lässt sich sehr gut anhand eines petrographischen Dünnschliffes nachvollziehen (Abb. 22). Der Fugenmörtel weist im Vergleich zum Mauermörtel einen sehr hohen Bindemittelanteil auf. Die Gesteinskörner (fast ausschließlich Quarz) „schwimmen“ in der Bindemittelgrundmasse. Das Bindemittel besteht nahezu ausschließlich aus Zement, wie eine chemische Mörtelanalyse bestätigte. Abb. 22: Beispiel für einen zementreichen Fugenmörtel (petrographischer Dünnschliff), der zur Abdichtung der Fuge diente. Außenseite: rechts. Lange Bildkante: 36 mm. Parallele Polarisatoren. In der Fugenmitte besitzt der Fugenmörtel eine Dicke von ca. 5,1 mm und am Rand von ca. 2,4 mm. Nach dem Aufmauern wurde der noch nicht vollständig erhärtete Mauermörtel an der Oberfläche mit einem Rundholz oder Fugeisen ausgekratzt und anschließend der Fugenmörtel fest „eingebügelt“. Polarisationsmikroskopisch sichtbare Poren (Makroporen) sind nicht vorhanden. An diesem Beispiel wird besonders deutlich, dass der Fugenmörtel wie eine Art Sperrmörtel als Abdichtung für die Fugen diente, um einen ausreichenden Schlagregenschutz zu gewährleisten. Durch die geringe Dicke ist auch die Gefahr einer Bildung von Schwindrissen geringer. Sicherlich hängt diese Vorgehensweise auch mit dem damals hohen Preis von Zement zusammen, so dass nur so viel wie notwendig war verarbeitet wurde. 3.5 Musterflächen mit geringerer Ausräumtiefe Erste Musterflächen wurden nach dem beschriebenen Konzept an einem instandzusetzenden denkmalgeschützten Bauwerk erstellt. Der noch am besten erhaltene Bestandsmörtel der Nordseite des Bauwerks diente als Vorbild für das gewünschte Erscheinungsbild, von dem Abb. 23 einen Eindruck vermittelt. Erkennbar ist noch der Fugeisenabdruck. Die Fugenoberfläche liegt ca. 2 mm tiefer als die Klinkeroberfläche. Hergestellt wurden verschiedene Musterflächen, von denen die mit einer Schlämmverfugung ausschieden und nachfolgend nicht weiter berücksichtigt werden. Abb. 23: Augenscheinlich intaktes Altmauerwerk auf der Nordseite des Gebäudes als Vorbild für die neu herzustellen den Fugen in den anderen Fassadenbereichen. Verwendet wurde ein marktüblicher Werktrockenmörtel für die Fugeninstandsetzung mit einem Bindemittel aus Zement und Kalkhydrat, der werkseitig porenhydrophob ausgestattet werden kann. Das entspricht dann keiner mehrfachen Flächenhydrophobierung wie bei dem üblichen Verfahren zur Ziegelschlämmverfugung. Vor Ort kann dem Mörtel eine Kunstharzdispersion zur Verbesserung der Fugenflankenhaftung zugegeben werden. Der 224 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Fugeninstandsetzung Fugenmörtel wird mit dem Fugeisen verdichtet. Der Vergleich besteht in der Kontrolle der Wasseraufnahme des Verbundes mit einer Ausräumtiefe von ca. 1,5 cm und ca. 0,8 cm. Da die zeitabhängig bestimmte Wasseraufnahme mit der Franke-Platte zwischen 136 und 422 ml in 15 Minuten lag und damit für das vorgegebene Mauerwerk viel zu hoch war, wurde mit der porenhydrophoben Variante mit zusätzlicher Kunstharzzugabe gearbeitet. Bei der Variante von Musterfläche 2 wurden die Fugen ca. 1,5 cm Tiefe ausgeräumt, bei der von Musterfläche 3 mit ein Fugentiefe von bis zu 0,8 cm. Traten im freigelegten Fugengrund noch Reste von den Fugenmörtel auf, wie es Abb. 24 beispielhaft wiedergibt, wurden diese noch entfernt, um eine mögliche Trennlage zwischen neuem Fugenmörtel und originalem Mauermörtel zu vermeiden. Abb. 24: Auf ca. 0,8 cm Tiefe ausgeräumte Fugen der Musterfläche 3 mit geringer Ausräumtiefe. Reste des alten Fugenmörtels, z. B. in der Stoßfuge unterhalb der Bildmitte, sind noch zu entfernen. Zudem sind die Löcher im Verbund vor der Neuverfugung mit einem Kartuschenmörtel zu verschließen. Abb. 25 zeigt das Bild einer fertiggestellten Fugenoberfläche im zweiten Ansatz, nachdem der ausführende Betrieb gewechselt wurde, da die ersten Musterflächen optisch unzureichend waren. Abb. 25: Neu hergstellte Musterfläche mit geringer Ausräumtiefe. Der Vergleich der Messwerte (Abb. 26) von den beiden Musterflächen mit dem Bestand lassen erkennen, dass bei einer Ausräumtiefe von nur 0,8 cm einen geringere Wasseraufnahme resultiert als bei der Musterfläche mit einer Ausräumtiefe von 1,5 cm, welche sogar mit einer Messung noch den Maximalwert der Wasseraufnahme des Bestandes übersteigt. Die Bestandsmessungen erfolgten in Lücken zwischen den Musterflächen, die bewusst für den Vergleich bestehen bleiben sollten. Die geringere Wasseraufnahme der Musterfläche mit der geringeren Ausräumtiefe, wird auf die bessere Verdichtung des Fugenmörtels zurückgeführt. Abb. 26: Vergleich der zeitabhängigen Wasseraufnahme des originalen Verbundes (blau) mit den 1,5 cm tief ausgeräumten Fugen (rot) und der 0,8 cm tiefen Neuverfugung (grün). 4. Schlussfolgerungen Hinsichtlich der Fugenerneuerung mittels Schlämmverfahren sind für glatte Ziegeloberflächen von Denkmälern ohne zusätzliche Flächenhydrophobierung gute Resultate zu erzielen. Das betrifft sowohl das optische Erscheinungsbild als auch die Wasseraufnahme. Manchmal kann die Reinigung nach dem Abwaschen der Schlämme von den Ziegeln aber auch einen Grauschleier auf der Ziegeloberfläche hinterlassen. Dies erfordert dann eine nochmalige Reinigung mit einem geeigneten Strahlverfahren (z. B. JOS oder Rotec) oder Heißdampf. Bei strukturierten Oberflächen sind dieser Instandsetzungsart enge Grenzen gesetzt. Dort wo es funktioniert, kann es auch 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 225 Fugeninstandsetzung als nachhaltig im Hinblick auf einen geringeren CO 2 -Ausstoß bei der Produktion von Zement angesehen werden, da ansonsten eine Fugeninstandsetzung mit einem Ausräumen der Fugen mit mindestens 1,5 cm Tiefe zu erwarten wäre, wodurch sich der Zementverbrauch erhöht und zu einer schlechteren Energiebilanz führt. Wenn sich am Bauwerk herausstellt, dass der Originalmörtel nur bis in eine Tiefe von 0,5 cm oder geringfügig tiefer reicht, so lässt sich auch hier Fugenmörtel einsparen und damit die Energiebilanz verbessern. Der Einspareffekt kann etwa 50 % betragen, da das Schließen von Fehlstellen als Mehrverbrauch unter dem Fugenmörtel zu berücksichtigen ist und deshalb nicht von einer Verringerung um zwei Drittel bei der Reduzierung der Fugentiefe von 1,5 cm auf 0,5 cm ausgegangen werden kann. Auch bei einer Ausräumtiefe von ca. 1,5 cm Tiefe sind Fehlstellen vor der Neuverfugung aufzufüllen, wird erfahrungsgemäß aber häufig nicht durchgeführt. Müssen ältere Ausbesserungen auch durch neuen Fugenmörtel ersetzt werden, die aber bis in eine Tiefe von ca. 1,5 cm reichen, dann sollten diese vollständig entfernt werden und erneuert werden. Dies kann ein unterschiedliches Vorgehen an einem Objekt bedeuten und lässt sich vorab schwer abschätzen. Die Fugeninstandsetzung muss integraler Bestandteil von objektspezifischen Voruntersuchungen sein, denn ansonsten wäre letztlich kein Anforderungsprofil für den neuen Fugenmörtel erstellbar. Stets sollten dann auch Musterflächen angelegt werden, um von verschiedenen geeigneten Möglichkeiten, die unter technischen und ästhetischen Gesichtspunkten die beste Möglichkeit auswählen zu können. Die Musterflächen müssen sorgfältig angelegt werden und als Vorbild für die spätere Ausführung dienen. Ganz wichtig ist es eine ausreichende Vorlaufzeit für die Erstellung und messtechnische Bewertung von Musterflächen einzuplanen. 5. Ausblick Die neben der Schlämmverfugung beschriebene Vorgehensweise einer Fugeisenverfugung mit einer geringeren Ausräumtiefe verspricht bessere technische Eigenschaften im Sinne eines besseren Schlagregenschutzes und durch den geringeren Verbrauch eine bessere Energiebilanz. Da viele historische Bauwerke existieren, bei denen der Fugenmörtel vor allem der Abdichtung des Mauermörtels nach außen diente, um im Verbund mit den Ziegeln/ Klinkern den Wetterschutz zu bilden, kann dies Vorbild und Anspruch zugleich sein. Zum einen weisen die ursprünglichen Fugenmörtel kein Hydrophobierungsmittel auf und trotzdem ist die Wasseraufnahme bei intaktem Verbund gering. Zum anderen war der Mauermörtel bei dem Einbringen des Fugenmörtels in der Bauphase sicherlich noch ausreichend feucht, so dass dieser dem Fugenmörtel nicht sämtliches Wasser für die Erhärtung entzog. Dies kann eine Anpassung der heute markgängigen Fugenmörtel für diese Vorgehensweise an Denkmälern nach sich ziehen. Eine Modifizierung könnte z. B. durch Zusatzmittel erreicht werden, die das Wasserrückhaltevermögen erhöhen. Das erspart natürlich nicht eine fachgerechte Verarbeitung. Für die Anwendung der Schlämmverfugung für Denkmäler wäre es sinnvoll vor der Applikation einen entfernbaren Belag auf die Ziegeloberflächen auftragen zu können. Dies kann dazu beitragen einen Grauschleier allen mit einer Heißdampfreinigung zu entfernen ohne den Einsatz von Chemie oder Partikelstrahlverfahren. Nicht zuletzt ist die Qualität jeder Fugeninstandsetzung von der Qualifikation der Mitarbeiter der ausführende Firma abhängig. Nach den eigenen Erfahrungen am Bauwerk gibt es hier noch Bedarf an Weiterbildung. Wichtig wäre auch eine rechtzeitige Einbindung in die Instandsetzungsphase. Literatur Neumann, H.-H. (2010): Hydrophobierung: „Fluch oder Segen“ Eine kritische Auseinandersetzung. - 212 - 221, Backstein Baukunst Bd. 3, Monumente Publikationen WTA-Merkblatt 3-17 (Ausgabe: 06.2010/ D): Hydrophobierende Imprägnierung von mineralischen Baustoffen. - 18 S., Fraunhofer IRB-Verlag