Neuer und ökologisch nachhaltiger Ansatz zur Mauerwerksverfestigung im Altbestand in Wien

Abstract

In der Zukunft wird der Fokus der Bauindustrie weiter in Richtung der Revitalisierung von Bestandgebäuden gehen. Dies hängt einerseits mit einem Umdenken in Richtung Nachhaltigkeit, aber auch mit verschärften Baurichtlinien zusammen. Um ein altes Gebäude den heutigen Standards und Wohnanforderungen anzupassen, sind oftmals umfangreiche Baumaßnahmen notwendig. Dies erfordert auch eine Erhöhung der Tragfähigkeit der alten Gebäude, um den neuen Lasten Stand zu halten. Die gängigste Methode zur Mauerwerksverfestigung ist die Injektion mittels Epoxidharz. Dieses bringt jedoch einige Nachteile mit sich und daher stellt sich die Aufgabe der Findung eines Alternativproduktes zur Mauerwerksinjektion. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob Wasserglas eine festigkeitssteigernde Wirkung auf alten Mauermörtel hat. Wasserglas hat das Potenzial, bei Kontakt mit Calcium (Ca) Calciumsilikathydrat (C-S-H) zu bilden, welches aus dem Erhärtungsprozess von Zement bekannt ist. Kalzium ist in altem Kalkmörtel zwar in Form von Kalzit enthalten, aber nicht ausreichend konzentriert oder löslich, weshalb ein Injektionsverfahren aus zwei Komponenten geschaffen werden soll. Die erste Komponente sollte eine Portlandit-Suspension sein, um die Anzahl der freien Ca2+-Ionen im System zu erhöhen, gefolgt von einer Injektion mit Wasserglas. Das resultierende C-S-H sollte in der Lage sein, dem durch Risse und Feuchtigkeit beeinträchtigten Mörtel neue Festigkeit zu verleihen. In den vorliegenden Tests wurde jedoch nur die Reaktion zwischen Wasserglas und gehärtetem Mörtel als erster Schritt getestet. Zuvor wurden bereits mehrere Tests zur Überprüfung der Kompatibilität zwischen dem alten Mörtel, Portlandit und Wasserglas durchgeführt, die in dieser Arbeit jedoch nicht im Detail vorgestellt werden. Dank der Zusammenarbeit mit der Porr Bau GmbH war es möglich, eine Reihe von Bohrkernen aus verschiedenen Mauerwerken in Österreich zu erhalten, um deren Zusammensetzung und Eigenschaften zu untersuchen. In Anbetracht der geringen Verfügbarkeit des alten Mörtels und der Schwierigkeit, diesen zu beschaffen, wurde ein hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Zusammensetzung vergleichbares Material ausgewählt. Für diese Forschungsarbeit wurde natürlicher Hydratkalk (NHL) 3.5 verwendet, und sein Verhalten mit Wasserglas untersucht. Alle Tests wurden unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt, wobei auch der Feuchtigkeitszustand simuliert wurde, der in diesen alten Gebäuden sehr häufig auftritt.Diese Arbeit bietet daher eine Grundlage für weitere Forschungen zu einem neuen, ökologisch nachhaltigen Injektionsmaterial für bestehende Gebäude in Wien.

In the future, the focus of the construction industry will continue to shift towards the revitalisation of existing buildings. On the one hand, this is due to a shift in thinking towards sustainability, butalso to stricter building regulations. Extensive construction work is often necessary to adapt an old building to today’s standards and living requirements. This also requires an increase in the load-bearing capacity of the old building in order to withstand the new loads. The most commonmethod of reinforcing masonry is injection using epoxy resin. However, this has a number of disadvantages and therefore the task of finding an alternative product to masonry injection arises.The aim of this thesis was to analyse whether waterglass has a strength-enhancing effect on oldmasonry mortar. Waterglass has the potential to form calcium silicate hydrate (C-S-H) in contact with calcium, which is known from the hardening process of cement. Although calcium is contained in old lime mortar in form of calcite, it is not sufficiently concentrated or soluble, whichis why an injection process consisting of two components is to be created. The first component should be a Portlandite suspension to increases the Ca2+ free ions in the system, followed by an injection with waterglass. The resulting C-S-H should have the ability to give new strength to mortar that has been affected by cracks and moisture. In the present tests, however, only the reaction between waterglass and hardened mortar was tested as first step. Previously, several tests to verify the compatibility between the old mortar, portlandite and waterglass have been done, but they will not be presented in detail in this work.Thanks to the collaboration with Porr Bau GmbH, it was possible to obtain a couple of cores from several masonry buildings in Austria, permitting to investigate their composition and features.Considering the low availability in the old mortar and the difficulty to getting hold of it, acomparable material, in terms of mechanical properties and composition has been selected. This research work is done using the Natural Hydrated lime (NHL) 3.5, and its behavior with waterglass has been studied. All the tests were conducted in different conditions, also simulating the moisture state, that occurs very often in these old buildings.This work therefore provides a basis for further research into a new, ecologically sustainable injection material for existing buildings in Vienna.