Situation
In einem Bürogebäude hatte man einen PVC-Bodenbelag auf einem Zementestrich verlegt. Einige Zeit nach Fertigstellung der Bodenbelagsarbeiten stellte man beginnende Schäden an der Nahtausbildung des PVC-Bodenbelags sowie Blasenbildungen fest.
Im Zuge der weiteren Untersuchungen trat die Fragestellung auf, ob Feuchtigkeitstransportvorgänge aufgrund Wasserdampfdiffusion durch nachstoßende Feuchtigkeit aus den Betondecken zu den festgestellten Schäden beigetragen haben können.
Aus dem Leistungsverzeichnis der Estricharbeiten ging folgende prinzipielle Schichtenfolge hervor (von oben nach unten):
Schutzabdeckung aus Tetrapakkarton
PVC-Belag
Zementestrich, Dicke: 65 mm
PE-Folie als Trennschicht, Dicke: 0,2 mm
Trittschalldämmschicht aus Polystyrol-Hartschaum, Dicke: 20 mm
Wärmedämmschicht aus Polystyrol-Hartschaum, Dicke: 30 mm
Dampfbremse nicht eingebaut
Stahlbetondecke, in Ortbetonbauweise, Dicke laut Angabe: 35 cm bis 40 cm
Im Rahmen einer exemplarischen Öffnung des Fußbodenaufbaus an zwei Stellen wurde folgende Schichtenfolge des Fußbodenaufbaus festgestellt (von oben nach unten):
Schutzabdeckung aus Tetra-Pack-Folie („Milchtütenpapier“)
PVC-Belag, Dicke: 2 mm
Spachtelmasse, Dicke: 1,5 mm bis 3,5 mm
Zementestrich, Dicke: 65 mm bis 70 mm
PE-Folie, einlagig, schwarz, Dicke: 0,09 mm bis 0,10 mm
Trittschalldämmplatten aus Polystyrol-Hartschaum, Dicke: 25 mm
Ausgleichsdämmschicht, Dicke: 30 mm
Stahlbetondecke
Schichtenfolge des betrachteten Deckenaufbaus
Für meine feuchtetechnischen Berechnungen habe ich folgenden Deckenaufbau zugrunde gelegt:
PVC-Belag, Dicke: 2 mm,
Zementestrich, Dicke: 65 mm
PE-Folie, einlagig, Dicke: 0,2 mm, für meine Berechnungen habe ich einen Dickenbereich der Polyethylenfolie zwischen 0,1 mm und 0,2 mm betrachtet
Trittschalldämmplatten aus Polystyrol-Hartschaum, Dicke: 20 mm
Ausgleichsdämmschicht, Dicke: 30 mm
Stahlbetondecke, Dicke: 35 cm bis 40 cm
Zusätzlich habe ich bei meinen Berechnungen auch folgende Varianten des Fußbodenaufbaus untersucht:
Fußbodenaufbau ohne Schutzabdeckung aus Tetra-Pack-Folie (Milchtütenpapier).
Fußbodenaufbau ohne Schutzabdeckung aus Tetra-Pack-Folie (Milchtütenpapier).
Fußbodenaufbau mit zusätzlich zweilagiger Polyethylenfolie auf der Oberseite der Betondecke.
Betonkernaktivierung
Die vorliegende Deckenkonstruktion wies eine sogenannte Betonkernaktivierung auf.
Bei der Betonkernaktivierung werden Rohrleitungen in den Betondecken verlegt, die dann mit einem Heiz- /Kühlmedium durchflossen werden. Hierbei wird die Decke je nach Bedarf zu Heiz- oder Kühlzwecken herangezogen. Die Heiztemperatur lag laut den beim Ortstermin erhaltenen Angaben zwischen
26 °C und 27 °C.
Für meine Berechnungen habe ich den unteren Grenzwert der Temperaturspreizung, also eine Temperatur von
26 °C
herangezogen, so dass meine Berechnungen auf der sicheren Seite liegen.
Im Heizfall stellt sich ein Temperaturgefälle von der Betondecke nach oben zur Oberseite des Fußbodens ein. Aufgrund dessen wird in der Betondecke ein höherer Wasserdampfpartialdruck vorliegen als an der Fußbodenoberseite. Dies führt dazu, dass im Heizfall ein Wasserdampfdiffusionsstrom von unten nach oben, also von der Betondecke aus nach oben zum Zementestrich und zum PVC-Bodenbelag entsteht.
Wassergehalt der Betondecke
Im Rahmen einer Öffnung der Fußbodenkonstruktion wurde festgestellt, dass die Betondecke in der oberen Randzone einen Wassergehalt von
6,8 Massenprozent bis 6,9 Massenprozent
aufwies. Die oben aufgeführten Werte des Wassergehalts entsprechen gemäß der Sorptionsisotherme für Beton einer relativen Luftfeuchte von 100 %. Für meine feuchtetechnischen Berechnungen habe ich hierauf einen Sicherheitsabschlag von 5 % gemacht und demgemäß in der Randzone des Betons eine relative Luftfeuchte von 95 % zugrunde gelegt. Da ich einen niedrigeren Wert angesetzt habe, liegen meine Berechnungen somit auch hier auf der sicheren Seite.
PVC Bodenbelag
Aus den technischen Unterlagen der Bodenbelagsherstellers geht hervor, dass der eingesetzte Bodenbelag folgende technische Werte aufwies:
Dicke: 2,0 mm bis 2,2 mm
Wasserdampf- Diffusionswiderstandszahl: 25.000 bis 29.250
Hieraus errechnet sich eine äquivalente Luftschichtdicke des PVC Bodenbelags von:
50 m bis 64 m.
Für meine feuchtetechnischen Berechnungen habe ich einen Wert von
50 m
zugrunde gelegt. Da ich den niedrigeren Wert angesetzt habe, liegen meine Berechnungen somit auf der sicheren Seite.
Tetra-Pack-Folie
Zu der als Milchtütenpapier bezeichneten Tetra-Pack-Folie, welche als Schutzlage auf der Oberseite des PVC-Bodenbelags verlegt worden war, lag mir ein technisches Datenblatt vor. Hierbei handelte es sich um ein Kartonmaterial, welches beidseitig eine Beschichtung aus Polyethylen aufweist. Angaben zur Dicke der Tetra- Pack-Folie, sowie eine Angabe zum Wasserdampf-Diffusionswiderstand lagen mir nicht vor. In meinen Berechnungen habe ich für das Milchtütenpapier (Tetra-Pack-Folie) vergleichsweise eine dünne Polyethylenfolie in einer Dicke von 0,1 mm angesetzt und jeweils eine Berechnungsvariante mit Tetra-Pack-Folie sowie eine Berechnungsvariante ohne Tetra-Pack-Folie untersucht.
Polyethylenfolien
Gemäß den Untersuchungsergebnissen vor Ort war im vorliegenden Fußbodenaufbau auf der Oberseite der Wärmedämmung eine Polyethylenfolie mit einer Dicke von 0,09 mm bis 0,10 mm vorhanden. In meinen Berechnungen habe ich Polyethylenfolien der Dicke 0,1 mm und 0,2 mm betrachtet. Aus der Erfahrung zeigt sich, dass im Zuge der Herstellung des Fußbodenaufbaus Polyethylenfolien durch mechanische Belastungen beim Begehen Gefügestörungen erleiden, so dass dann ein geringerer Wert der Wasserdampfdiffusions-Widerstandszahl vorliegt. Dies führt insbesondere bei einlagiger Folienverlegung zu Veränderungen der technischen Werte oder zu Schäden an der Folie. Tatsächlich wurden bei den Untersuchungen vor Ort auch festgestellt, dass die im Bereich der Kernbohrungen entnommenen Polyethylenfolien punktuell perforiert waren.
Berechnungsergebnisse
Belegreife
Als Grundlage meiner Beurteilung habe ich die Sorptionsisotherme für Zementestriche zugrunde gelegt. Hieraus ergibt sich, dass bei einem Wert der relativen Luftfeuchte in der Grenzfläche zwischen Zementestrich und PVC-Bodenbelag von 70 % der Feuchtigkeitsgehalt eines Zementestrichs etwa 3,5 Massen% beträgt (siehe auch: Prof. Rieche, Dr. Schürger, Bewertung der Belegreife von Estrichen mit hygrometrischen Verfahren, 7. Kolloquium Industrieböden 2010, Technische Akademie Esslingen). Dieser Wert entspricht einem
CM-Wert von 2 %,
welcher als Maximalwert bei der Prüfung eines Estrichs angesehen wird.
Für die Belegreife eines Zementestrichs als Untergrund eines PVC-Bodenbelags beträgt die relative Luftfeuchte in der Grenzfläche folglich maximal 70 %. Diesen Grenzwert habe ich für meine Beurteilung zugrunde gelegt.
Da Sorptionsisothermen jedoch in Abhängigkeit der verwendeten Werkstoffe und der Zusammensetzung einen Schwankungsbereich aufweisen, habe ich zusätzlich Werte der
relativen Luftfeuchte zwischen 70 % und 80 %
als Grenzfall bezeichnet. Somit liegt meine Beurteilung auf der sicheren Seite.
Werte oberhalb von 80 % liegen jedoch deutlich im kritischen Bereich, das heißt, unter diesen Berechnungsergebnissen muss mit Schäden am Bodenbelag durch nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke gerechnet werden. Aus diesem Grunde beurteile ich alle Fälle, in denen nach meinen Glaserberechnungen in der Grenzfläche zwischen Zementestrich und PVC-Bodenbelag eine relative Luftfeuchte über 80 % vorliegt, als kritisch und schadensanfällig.
Im vorliegenden Fall muss dafür gesorgt werden, dass der Feuchtegehalt des Zementestrichs auch nachträglich, das heißt, nach dem Aufbringen des Bodenbelags, sich nicht durch nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke wieder erhöht. Ansonsten nimmt der Zementestrich durch diesen Vorgang zusätzlich Wasser auf und sein Wassergehalt steigt an. Hierdurch kann es in Abhängigkeit von den Klimarandbedingungen zeitweise oder auch langfristig zu einer Erhöhung der Estrichfeuchte über den für die Belegreife geltenden Grenzwert von
3,5 Massen%
kommen. In diesem Fall muss mit Schäden am Bodenbelag und/oder am Kleber gerechnet werden.
Ergebnisse unter Baustellenbedingungen
Aus meinen Berechnungen geht hervor, dass bei der Konstruktion mit lediglich einer Polyethylenfolie im Fußbodenaufbau, und zwar auf der Oberseite der Wärmedämmung, die relative Luftfeuchte unter Baustellenbedingungen in der Grenzfläche des Zementestrichs zum PVC-Bodenbelag bei allen Berechnungsvarianten mindestens einem Wert von
85 %
entsprach. Gemäß der Sorptionsisotherme entspricht dies einem Feuchtigkeitsgehalt des Zementestrichs von etwa
4,8 Massen%.
Die Belegreife eines Zementestrichs von maximal 3,5 Massen% wird in diesem Fall deutlich überschritten. Teilweise liegen meine Berechnungsergebnisse für die Grenzfläche sogar über einem Wert der relativen Luftfeuchte von 90 %, was einem Feuchtigkeitsgehalt des Zementestrichs von etwa
5,5 Massen% bis 6 Massen%
entspricht.
Somit zeigte sich, dass unter den Baustellenbedingungen mit nachstoßender Feuchtigkeit aus der Betondecke zu rechnen ist.
Diese Feuchtigkeit aus der Betondecke führt zu einer Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts im Zementestrich nach der Verlegung des Bodenbelags, welcher einen hohen Widerstand gegen Wasserdampfdiffusion aufweist. Solche hohen Werte des Feuchtigkeitsgehalts können sowohl unter den Bedingungen der Heizperiode als auch unter den Bedingungen der Sommerperiode auftreten. Hierbei handelt es sich um einen kritischen Wert des Feuchtigkeitsgehaltes hinsichtlich der Verlegung des PVC-Bodenbelags, so dass dann mit Schäden aufgrund nachstoßender Feuchtigkeit aus der Betondecke zu rechnen ist.
Es zeigte sich somit, dass der Einbau einer einlagigen, 0,1 mm dicken Polyethylenfolie auf der Oberseite der Wärmedämmung des Fußbodenaufbaus nicht ausreichend ist, um im vorliegenden Fall Schäden durch nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke zuverlässig zu verhindern. Dieses Ergebnis ist unabhängig davon, ob die einlagige Polyethylenfolie eine Dicke von 0,1 mm oder von 0,2 mm aufweist.
Hierdurch wird sichergestellt, dass sowohl an den Folienstößen, als auch an lokalen Beschädigungen oder Schwächungen der Folienstruktur aufgrund der Überlappung immer noch ein Schutz gegen Wasserdampfdiffusion vorliegt. Der tatsächlich erforderliche Wasserdampfdiffusionswiderstand der Folien auf der Betondecke muss im Zuge der Planung festgelegt werden.
Im Leistungsverzeichnis zu den Estricharbeiten war jedoch auf der Oberseite der Betondecke, also unterhalb der Ausgleichsdämmung, keine Polyethylenfolie und auch keine sonstige Dampfbremse oder Dampfsperre vorgesehen. Meinen Berechnungen habe ich darüber hinaus günstige Randbedingungen unterstellt. Das heißt, wenn man von dem Fall ausgeht, dass statt den günstigen Randbedingungen die ungünstigen Randbedingungen vorliegen, dann werden die Berechnungsergebnisse sich noch weiter in den kritischen Bereich hinein verschieben. Hierbei handelt es sich insbesondere um folgende Randbedingungen:
Beim Einbau von Polyethylenfolien ist bei einlagiger Bauweise damit zu rechnen, dass durch Begehen und durch den Bauablauf eine mechanische Belastung oder auch eine mechanische Beschädigung auftreten kann, so dass die Folie lokale Quetschungen, Beschädigungen oder Dickenreduzierungen aufweisen wird. Hierdurch wird erfahrungsgemäß der Widerstand gegen Wasserdampfdiffusion geschwächt. Je geringer die Dicke der Folie ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Effekt vorliegt.
Bei der vorliegenden Konstruktion führt nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke zwangsläufig dazu, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Zementestrichs nach der Verlegung des PVC-Bodenbelags ansteigt und dann deutlich höher als der zulässige Wert der Belegreife von 3,5 Massen% liegt.
Der Zeitraum des Wiederanstiegs des Feuchtegehalte im Estrich ist jedoch von den tatsächlichen Randbedingungen abhängig und kann sich an den einzelnen Geschossdecken deutlich unterscheiden. Unter diesen Bedingungen muss deshalb mit Schäden an der Verklebung und/oder am Bodenbelag gerechnet werden.
Es fehlte im vorliegenden Fall eine geeignete Dampfsperre oder Dampfbremse zwischen der Oberseite der Betondecke und der Ausgleichsdämmung, so dass die Wasserdampfdiffusion durch nachstoßende Feuchte aus der Betondecke auf ein unschädliches Maß reduziert wird und Schäden sicher ausgeschlossen werden können.
Ergebnisse unter Nutzungsbedingungen
Aus meinen Berechnungen geht hervor, dass bei der Konstruktion mit lediglich einer Polyethylenfolie im Fußbodenaufbau, und zwar auf der Oberseite der Wärmedämmung, die relative Luftfeuchte unter Nutzungsbedingungen in der Grenzfläche des Zementestrichs zum PVC-Bodenbelag bei allen Berechnungsvarianten mindestens folgende Werte aufwies:
Polyethylenfolie 0,1 mm dick: 89 %
Polyethylenfolie 0,2 mm dick: 82 %
Gemäß der Sorptionsisotherme entspricht dies einem Feuchtigkeitsgehalt des Zementestrichs von etwa
4,5 Massen% bis 5,4 Massen%.
Die Belegreife eines Zementestrichs von maximal 3,5 Massen% (entsprechend 2 CM%) wird in diesem Fall deutlich überschritten. Somit zeigt sich, dass unter diesen Bedingungen mit nachstoßender Feuchtigkeit aus der Betondecke unter den Nutzungsbedingungen zu rechnen ist. In der Folge führt die Feuchtigkeit aus der Betondecke zu einer Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts im Zementestrich nach der Verlegung des Bodenbelags, welcher einen hohen Widerstand gegen Wasserdampfdiffusion aufweist. Diese hohen Werte des Feuchtigkeitsgehalts treten sowohl unter den Bedingungen der Heizperiode als auch unter den Bedingungen der Sommerperiode, wenn die Kühlung durch Betonkernaktivierung nicht eingeschaltet ist, auf.
Im Leistungsverzeichnis zu den Estricharbeiten war jedoch auf der Oberseite der Betondecke, also unterhalb der Ausgleichsdämmung, keine Polyethylenfolie und auch keine sonstige Dampfbremse oder Dampfsperre vorgesehen.
Aus dem Fachbuch Frick/Knöll, Baukonstruktionslehre 1 geht beispielsweise hervor, dass dann, wenn sich unter der Geschossdecke Heizrohre, Heizkeller oder Ähnliches befinden und raumseitig eine stark diffusionsbremsende Nutzschicht vorliegt,
zwingend eine wirksame Dampfbremse oder Dampfsperre
auf der Oberseite der Betondecke
eingebaut werden muss. Die vorliegende Betonkernaktivierung entspricht einer solchen Bauweise, so dass im vorliegenden Fall eine solche Dampfbremse/Dampfsperre notwendig gewesen wäre. Das Fehlen einer solchen Dampfsperre führt zu einer Erhöhung der Feuchte im Zementestrich, wodurch Schäden am Belag hervorgerufen werden können.
Zusammenfassende Beurteilung:
Die Berechnungen zeigen, dass der Einbau einer einlagigen, 0,1 mm dicken Polyethylenfolie auf der Oberseite der Wärmedämmung nicht ausreichend ist, um sowohl unter den Baustellenbedingungen, als auch unter den Nutzungsbedingungen Schäden am PVC-Bodenbelag durch nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke zuverlässig zu verhindern. Dieses Ergebnis ist unabhängig davon, ob die einlagige Polyethylenfolie tatsächlich eine Dicke von 0,1 mm oder von 0,2 mm aufweist. Bei der vorliegenden Fußboden- und Deckenkonstruktion führt nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke zwangsläufig dazu, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Zementestrichs durch nachstoßende Feuchte aus der Betondecke nach der Verlegung des PVC-Bodenbelags ansteigt und dann höher als der zulässige Wert der Belegreife von maximal
3,5 Massen%
liegen kann. Nach meinen Berechnungen können sich Werte einstellen, die
4,5 Massen% bis 6,0 Massen%
erreichen oder je nach Randbedingung sogar deutlich darüber liegen können. Der Zeitraum des Wiederanstiegs des Feuchtegehalte im Estrich ist jedoch von den tatsächlichen Randbedingungen abhängig und kann sich an den einzelnen Geschossdecken deutlich unterscheiden.
Unter diesen Bedingungen muss deshalb mit Schäden an der Verklebung und am PVC-Bodenbelag aufgrund nachstoßender Feuchte aus der Betondecke gerechnet werden. Es fehlte eine geeignete Dampfsperre oder Dampfbremse zwischen der Oberseite der Betondecke und der Ausgleichsdämmung, so dass die Wasserdampfdiffusion auf ein unschädliches Maß reduziert wird und Schäden sicher ausgeschlossen werden können. Die vorliegende einlagige, 0,1 mm dicke Polyethylenfolie auf der Oberseite der Trittschalldämmung ist als Schutz gegen nachstoßende Feuchtigkeit aus der Betondecke nicht ausreichend. Erfahrungsgemäß dauert die Austrocknung einer Betondecke auf unkritische Feuchtewerte mehrere Jahre und kann im vorliegenden Fall durchaus in einer Spanne von
4 Jahren bis 8 Jahren
liegen. Aus diesem Grunde wird der kritische Zustand hinsichtlich nachstoßender Feuchte aus der Betondecke ebenfalls mehrere Jahre andauern und dann langsam im Laufe der Zeit durch Austrocknung auf unkritische Werte zurückgehen.
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