In einer neu errichteten Ausstellungshalle für Wohnmobile und Caravans sind am Bodenbelag aus keramischen Fliesen nach der Abnahme Schäden durch Risse und Erhebungen aufgetreten. Die Ursache: Eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion im Beton.
Ausgangslage
Der Bauherr hatte eine Gewerbehalle für Ausstellung und Verkauf für Wohnmobile und Caravan mit Teilunterkellerung für den Werkstattbereich neu errichten lassen. Auf dem Stahlbeton wurden keramische Fliesen im Mörtelbett verlegt. Nach der Abnahme sind in den ersten Jahren der Nutzung dann Risse und Erhebungen entstanden. Nach der Mängelrüge konnte sich der Bauherr mit dem Auftragnehmer für den Stahlbeton der Bodenplatte und Geschoßdecke und dem Auftragnehmer für Fliesenarbeiten über die Verursacherfrage und Maßnahmen der Mangelbeseitigung nicht einigen. Daher wurde ein Sachverständiger des iba-Institut beauftragt und ein Ortstermin durchgeführt.
Befunde: Risse und Erhebungen in den Fliesen
Die Ausstellungshalle befindet sich im Obergeschoß des Gebäudes. Im Werkstattbereich ist die Fußbodenkonstruktion unterkellert, im übrigen Bereich erdreichangrenzend ausgebildet. In der Ausstellungshalle war ein anthrazitfarbener Bodenbelag aus keramischen Fliesen mit Abmessungen von ca. 40 cm x 40 cm vorzufinden. Die Nutzung erfolgte vertragsgemäß als Ausstellungshalle für Wohnmobile und Caravan verschiedener Hersteller bzw. Marken.
An den keramischen Fliesen waren in statistisch wahlloser Verteilung punktuelle Erhebungen einzelner Fliesen zu konstatieren. Ausgehend hiervon sind an zahlreichen Fliesen auch netzartige Rissbildungen in den Fliesen festzustellen gewesen. Dabei fiel auf, dass solche negativen Erscheinungsbilder überwiegend im nicht unterkellerten Grundriss-Teilflächenbereich vorhanden waren, wohingegen im unterkellerten Grundriss-Teilflächenbereich zum Zeitpunkt des Gutachtertermins nur eine solche Stelle auffindbar war.
In dem nicht unterkellerten Ausstellungsbereich resultierten folgende Befunde:
- 459 Hohlleger/Hohlstellen, insbesondere angrenzend zu den Fugenprofilen in den Grundrissfeldern A-B (76 Hohlleger/Hohlstellen) und C-D (79 Hohlleger/Hohlstellen),
- 163 Pickel bzw. beginnende Pickel, insbesondere in den Grundrissfeldern A-B (14 Pickel), C (45 Pickel) und D (21 Pickel),
- 34 Risse ausgehend von Pickeln,
- 9 gerissene Fliesen, wobei die Risse nicht von einem Pickel ausgingen.
Im Ausstellungsbereich wurden Prüfstellen eingerichtet. Hier waren die Fliesen durch netzartige Rissbildungen ausgehend von einer punktuellen Erhebung gekennzeichnet. Nach dem Einschneiden der Mörtelfugen zerbrach die Fliese entlang der Rissflanken bei der weiteren Öffnung der Prüfstellen. An der Stelle, an der die punktuelle Erhebung vorhanden gewesen ist, war festzustellen, dass auch in der Oberfläche des Betons Y-förmige Risse einhergehend mit Abplatzungen der oberflächennahen Randzone des Betons vorhanden waren. Unterhalb vom abgeplatzten Beton sind in der oberflächennahen Randzone glasartige, kristalline Einschlüsse vorhanden gewesen. Zur weiteren Ursachenforschung wurden Bohrkerne entnommen. Deutlich erkennbar waren an den Bohrkernen die glasartigen, kristallinen Einschlüsse mit einem Durchmesser von ca. > 20 mm bis <35 mm.
Ergebnisse der Laboruntersuchungen: Glas im Beton
An den Bohrkernen waren lichtmikroskopisch glasartige, kristalline Einschlüsse mit Durchmesser von ca. 15 mm vorzufinden. An der Grenzfläche zum Beton bzw. rund um den Einschluss war eine weißliche bis hellbraun-beigefarbene, kristalline Schicht mit Kantenlängen von > 15 mm bis < 20 mm vorzufinden. Diese zeigte keine Verbindung zum Beton auf (Risse).
Alkali-Kieselsäure-Reaktion im Beton
Es ist bekannt, dass Glas und Beton nicht ohne Weiteres miteinander vermischt werden können. Grund hierfür ist, dass die Kieselsäure des amorphen Glases alkalilöslich ist. Durch die Reaktion des Alkalihydroxids im Zementgerüst des Betons bildet sich unter Feuchteeinwirkung ein Alkalisilikat-Gel.
Dabei findet eine Volumenvergrößerung bzw. ein treibender Angriff im Beton statt. Einher geht auch ein Festigkeitsverlust des Betons. Diese chemische Reaktion wird in der Bauchemie üblicherweise als Alkali-Kieselsäure-Reaktion oder Alkalitreiben (umgangssprachlich: Betonkrebs) bezeichnet.
Charakteristisch sind dabei ringförmige, weiße Ausblühungen rund um den alkaliempfindlichen Zuschlag. Solche Ausblühungen (weißliche bis hellbraun-beigefarbene, kristalline Schicht rings um den glasartigen Einschluss) konnten im iba-Institut an den Bohrkernen insoweit augenscheinlich-visuell sowie mikroskopisch nachgewiesen werden. Weitergehende Laboranalysen einer Materialprüfanstalt erbrachten den Nachweis, dass die glasartigen, kristallinen Einschlüsse in der Zusammensetzung einem Kalk-Natron-Glas entsprechen. Vermeiden lässt sich diese Reaktion nach Erfahrungen in der Fachwelt durch Einsatz von NA-Zement, d.h. Zement mit niedrigem Alkaligehalt.
Das Auftreten der glasartigen, kristallinen Einschlüsse kann aus diesseitiger technischer Sichtweise zum einen in einer Verunreinigung durch Beimengung von unzureichend sortiertem Zuschlag aus recycelten Baustoffen liegen oder durch den Zusatz glashaltiger vulkanischer Gesteine bedingt sein.
Das Auftreten von Feuchtigkeit kann einerseits durch einen höheren Restfeuchtegehalt der Betonbauteile hervorgerufen sein, sowie in der Tatsache begründet liegen, dass möglicherweise wegen der Anordnung der Abdichtungsebene auf den Betonboden- und -deckenplatten ein weiterer Zutritt von Feuchtigkeit in diese Betonbauteile in Abhängigkeit der Bodenverhältnisse unterhalb des Oberbodens (keramische Fliesen) stattfinden kann.
In Abhängigkeit des Feuchteangebots bzw. der Bodenverhältnisse und Feuchteverteilung in der Betonboden-/-deckenplatte kann daher die Inkubationszeit bis zum Auftreten von Treiberscheinungen nach Erfahrungen in der Fachwelt auch bis zu zehn Jahre oder mehr betragen.
Die Feststellung, ob die hellbraunen bis beigefarbenen Ausblühungen rund um den glasartigen, kristallinen Zuschlag tatsächlich Alkalisilikat-Gele gebildet haben wurde vorliegend durch eine IR-Spektroskopie nachgewiesen.
Literatur zum Thema
- „Alkali-Richtlinie“ (Stand Oktober 2013), Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb), DIN-Media GmbH,
- „Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Erfahrungen aus der Praxis und aktuelle Regelwerke“, BetonMarketing Deutschland GmbH, 1.Auflage 2010, Verlag Bau + Technik,
- „Empfehlungen für die Schadensdiagnose und Instandsetzung von Betonbauwerken, die infolge einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion geschädigt sind“, Stand 1. Juli 2015, beton, Verlag Bau + Technik
An weiteren Bohrkernen wurden Querschnittanalysen mittels Horizontalschnitt auf halber Probenhöhe bei ca. 7,5 cm ausgeführt. Anschließend wurde an beiden Bohrkernhälften alle 2 cm bis 3 cm ein Vertikalschnitt ausgeführt. Die Schnittflächen wurden durch kurzes, trockenes Schleifen geglättet. Mit dem Mikroskop wurden die Schnittflächen der jeweiligen Segmente auf Anwesenheit glasartiger Bestandteile im Beton hin untersucht. Es bestätigte sich das lokale Vorkommen glasartiger Bestandteile im Stahlbeton.
Weitergehende Laboranalysen einer Materialprüfanstalt erbrachten den Nachweis, dass die glasartigen, kristallinen Einschlüsse aufgrund der Inhaltsstoffe von hauptsächlich Siliciumdioxid (SiO2) und Natriumoxid (Na2O) tatsächlich in der Zusammensetzung einem Kalk-Natron-Glas entsprechen. Solche Substanzen werden u. a. zur Herstellung von Glasflaschen und Fensterglas verwendet.
Schließlich zeigten zusätzliche Analysen mittels IR-Spektroskopie, dass die hellbraunen bis beigefarbenen Ausblühungen rund um den glasartigen, kristallinen Zuschlag tatsächlich Alkalisilikat-Gele gebildet hatten.
Fazit
Vorliegend war der gelieferte Stahlbeton mit Rückständen von recycelten Baustoffen oder durch den Zusatz glashaltiger vulkanischer Gesteine die Ursache für die Schäden an den keramischen Fliesen. Jedoch: Ein Fehler hierfür konnte nach den einschlägigen Normen und Richtlinien weder dem Planverfasser, noch dem Lieferwerk des Transportbetons und auch nicht dem Auftragnehmer für die Betonarbeiten zugeordnet werden.
Es bedarf daher für solche Schäden dann der abschließenden juristischen Würdigung durch ein erkennendes Gericht, ob und inwieweit hier die gesamtschuldnerische Haftung dieser Vertragsparteien gegenüber dem Bauherrn/Auftraggeber greift, weil der geschuldete Erfolg nicht eingetreten ist. Der Auftragnehmer für Fliesenarbeiten konnte aufgrund der obliegenden Prüfungspflichten nach VOB, Teil C, ATV DIN 18 352 „Fliesen- und Plattenarbeiten“ den latent verbogenen Gehalt an recycelten Baustoffen und den Zusatz glashaltiger vulkanischer Gesteine im Beton nicht prüfen – entsprechende Bedenken waren daher obsolet. Die Folge sind nun aufwendige Maßnahmen zur Mangelbeseitigung.
Der Autor
Dipl.-Ing. (FH) Hans-Joachim Rolof ist ö.b.u.v. Berufssachverständiger im iba-Institut Hans-J. Rolof GmbH, Düsseldorf. Koblenz. Stuttgart.