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Absenkungen bei schwimmenden Unterlagsböden

In Wohnbauten werden Fussböden aus Gründen des Trittschallschutzes, teilweise auch des Wärmeschutzes, auf schwimmenden Unterlagsböden verlegt. Vielen Hausbesitzern ist unbekannt, dass sich Unterlagsböden im Verlaufe der Zeit verformen können. Dies gilt besonders für zementgebundene Unterlagsböden. Als Folge dieser Verformungen können in der Fläche Unebenheiten entstehen (vgl. Bild 1) oder Absenkungen der Ränder mit unschönen Veränderungen der Wandanschlüsse (vgl. Bild 2).

Die EMPA wurde mit der Abklärung eines Schadenfalls an einem Sandsteinboden beauftragt. Die 40 Millimeter dicken Bodenplatten aus grünem Mainsandstein lagen entlang den Plattenrändern hohl. Die Platten hatten eine ungewöhnliche Grösse von 750 x 750 Millimetern. Sie wurden auf der Baustelle vorgenässt und anschliessend im Mörtelbett verlegt. Aus Termingründen wurde der Bau mit trockener Warmluft forciert ausgetrocknet. In dieser Phase waren die Sandsteinplatten einer raschen, einseitigen Austrocknung ausgesetzt.

Ein überraschendes Experiment

Zur Abklärung der Schadensursache wurde im Labor in einem orientierenden Experiment das Verhalten der Platten bei einseitiger Austrocknung untersucht. Dazu wurde eine Platte zunächst während etwa 24 Stunden unter Wasser gelegt. In einer Klimakammer wurde sie anschliessend bei 20° C und 30 % relativer Luftfeuchtigkeit in einer Kunststoffshcale auf einem nassen Vlies ausgelegt. Das Vlies wurde während der Untersuchung nass gehalten, so dass die Platte analog zum Bau an der Oberseite einseitig austrocknete. Mit einer Messeinrichtung wurde untersucht, ob daraus eine Verwölbung der Platte resultiert (vgl. Bild 3).

Schon wenige Stunden nach beginn des Experiments konnte an der installierten Messuhr der Beginn einer Verwölbung abgelesen werden. Die Ränder der Platte bewegten sich nach oben. Nach etwa zwei Tagen erreichte die Verwölbung ihr Maximum mit einem Wert von zwei Millimetern Aufwölbung auf einen Meter Plattenlänge. Die Geschwindigkeit und das Ausmass der Verwölbung waren überraschend. Das Experiment machte deutlich, dass sich die Platten am Bau noch vor dem Aushärten des Verlegmörtels an den Rändern ablösen konnten.

Ebenheit ist Illusion

Zwischen der untersuchten Sandsteinplatte und einem zementgebundenen, schwimmenden Unterlagsboden bestehen zwei wesentliche Übereinstimmungen. Auch der Unterlagsboden ist von allem Anfang an nass und kann nur einseitig nach oben austrocknen. Es ist deshalb eine Illusion anzunehmen, ein exakt eben hergestellter Unterlagsboden biete Gewähr für einen dauerhaft ebenen Fussboden. Im Gegenteil muss auch bei einwandfreier Ausführung mit späteren Verwölbungen und Unebenheiten gerechnet werden.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts der EMPA wurde das Ausmass der Verwölbung von zementgebundenen, schwimmenden Unterlagsböden rechnerisch untersucht. Die numerische Berechnung der Randaufwölbung beim Austrocknen ergab innerhalb eines praxisrelevanten Streubereichs Werte zwischen 2,1 und 4,2 mm bei einer Bodenfläche von 2,5 x 2,5 m und Werte zwischen 2,5 und 6,5 mm bei einer Bodenfläche von 5 x 5 m.

Es zeigte sich, dass die Aufwölbung um so grösser ist, je grösser das Schwindmass des Unterlagsbodens ist, je grösser seine Festigkeit (E-Modul) ist, je dünner der Unterlagsboden und je weicher die darunterliegende Dämmschicht für Trittschall oder Wärmedämmung ist.

Von diesen Parametern hat das Schwindmass die grösste Bedeutung, weil es in der Praxis am stärksten beeinflussbar ist. Um das Schwindmass möglichst klein zu halten, muss der Zementmörtel des Unterlagsbodens mit möglichst wenig Anmachwasser verarbeitet werden.

Verarbeitung erfordert Kompromisse

Diesem Ziel stehen praktische Hindernisse entgegen. Die „ideale“ Wassermenge, die für die chemische Erhärtung des Zementes gerade genügen würde, ergibt einen viel zu trockenen Mörtel, der vom Handwerker nicht zu verarbeiten ist. In der Praxis muss deshalb immer ein Kompromiss zwischen der Verarbeitbarkei eines Mörtels und dessen Schwindverhalten gesucht werden. Gute Kompromisse lassen sich nur mit guten Sanden erreichen. Der Sand muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen feinen und groben Sandkörnern aufweisen. Die feinen Körner müssen die Hohlräume zwischen den groben Körnern möglichst kompakt ausfüllen. dadurch lässt sich am wirksamsten überschüssiges Anmachwasser einsparen. Details können der Norm SIA 251, Tabelle 4, entnommen werden. Gute Kompromisse erfordern ausserdem eine ausreichende Zementzugabe. Bei den vorwiegend verwendeten Sanden, mit Korngrössen von 0 bis 4 mm, liegt die Mindestmenge bei 350 kg Zement pro Kubikmeter Mörtel für Wohnbauten und bei 400 kg Zement bei öffentlichen Bauten oder Wohnbauten mit Fussbodenheizung. Zusatzmittel, sogenannte „Verflüssiger“ können die Verarbeitbarkeit zusätzlich verbessern. Ihre Verwendung darf nur nach Absprache mit der Bauleitung vorgenommen werden.

Nachwässern verboten

Alle Bemühungen um ein geringes Schwindmass sind vergeblich, wenn der Zementmörtel auf der Baustelle nachträglich mit Wasser „verdünnt“ wird. Dies ist leider eine häufig praktizierte Unsitte. Der Grund besteht oft darin, dass der Mörtel für den Unterlagsboden heute fast ausschliesslich als Fertigmörtel vom Betonwerk zur Baustelle geliefert wird. Dort beginnt dann oft ein Kampf gegen die Uhr, denn der Mörtel muss verlegt sein, bevor seine Erhärtung beginnt. Wenn dies nicht gelingt, wird sich der Mörtelverarbeiter bald einmal bei seinem Hilfsarbeiter über den miserabel zu verarbeitenden Mörtel beklagen (vgl. Bild 4).  Dieser wird umgehend zum Wasserschlauch greifen, um dem Mörtel wieder die gewünschte Plastizität zu geben (vgl. Bild 5).

Dieses regelwidrige Verhalten ist häufig bei hochsommerlichen Temperaturen zu beobachten. Für die Bauarbeiter ist der Grund klar. Nach ihrer Meinung ist wegen der Hitze Anmachwasser verdunstet und muss nachträglich wieder hinzugefügt werden. Der wahre Grund ist jedoch schwerwiegend. Wegen der Hitze läuft der Erhärtungsprozess des Zements schneller ab, und das vermentlich verdunstete Wasser ist bereits mehrheitlich eine chemische Verbindung mit dem Zement eingegangen. Das nachträglich beigefügte Wasser wird chemisch nicht gebunden und erhöht das Schwindmass des Unterlagsbodens.

Eine ähnliche Unsitte ist das Nachwässern der Oberfläche des Unterlagsbodens unmittelbar vor dem Abglätten. Auch dies wird vor allem bei warmer Witterung praktiziert, oder wenn mit dem Abglätten zu lange gewartet wurde. Durch Besprühen mit dem Wasserschlauch wird die Oberfläche aufgeweicht und das Abglätten erleichtert. Dadurch wird das Schwindmass im Oberflächenbereich lokal erhöht und der Verwölbungseffekt beim Austrocknen verstärkt.

Unangenehme Folgen

Die Verwölbung ist bei zementgebundenen, schwimmenden Unterlagsböden eine Eigenschaft. Ein Mangel kann erst geltend gemacht werden, wenn die Verwölbung ein bestimmtes Mass überschreitet. Gemäss Norm SIA 251 liegt der Grenzwert für die Aufwölbung der Ecken bei fünf Millimetern.

Oft werden Aufwölbungen gar nicht wahrgenommen, sondern erst deren unangenehmen Folgen. Beispielsweise, wenn der Bauherr etwa ein Jahr nach Erstellung des Bodens bemerkt, dass die Kittfugen bei den Sockelplättchen (wie in Bild 2) gerissen sind. Dieses Schadensbild ist häufig, und die Meinungen über die Schadensursache gehen oft auseinander. Typische Argumente sind beispielsweise eine schlechte Kittqualität oder der Verdacht, die Fussbodenheizung habe die Dämmplatten zum Schmelzen gebracht, so dass der Boden am Rand einsank. Auch die Möblierung, die nun einmal häufig entlang den Wänden erfolgt, wird immer wieder als Verursacher zitiert.

Die eigentliche Ursache besteht in der Regel darin, dass der Bodenbelag und die Kittfuge zu einem Zeitpunkt ausgeführt wurden, als die Ränder des Unterlagsbodens nach oben gewölbt waren. Später erfolgte eine Rückverformung dieser Aufwölbung. Dabei spielt einerseits das Eigengewicht und die Nutzlast eine Rolle, die an den Bodenrändern eine abwärts gerichtete Kriechverformung auslösen. Andererseits trocknet der Unterlagsboden im Verlauf des ersten Jahres auch an seiner Unterseite weitgehend aus. Die daraus resultierende Verkürzung der Unterseite kann die ursprüngliche Verwölbung ganz oder teilweise rückgängig machen. Das Zusammenwirken beider Faktoren kann dazu führen, dass die Rckverformung grösser ist als die ursprüngliche Aufwölbung. Als Maximalwert sind in der Norm SIA 251 sieben Millimeter zugelassen.

Hierzu ist anzumerken, dass eine Kittfuge beim Boden-Wandanschluss in der üblichen Breite von etwa zehn Millimeter nicht in der Lage ist, sich auf 17 Millimeter zu dehnen. Nahc den Regeln der Baukunde darf für die besten Dichtstoffe mit einer Dehnung von maximal 25 % gerechnet werden, d.h. eine Rückverformung von sieben Millimetern würde eine Fugenbreite von 25 bis 30 Millimetern voraussetzen. Das wiederum wird vom Bauherrn aus ästhetischen Gründen normalerweise nicht akzeptiert. Das Dilemma ist offensichtlich. Eine Patentlösung gibt es nicht.

In bestimmten Fällen, in denen vom Bauherrn eine Kunststoff-Sockelleiste akzeptiert wird, kann die Lösung darin liegen, dass eine Sockelleiste mit integrierter Schiebefuge eingebaut wird. Eintsprechende Systeme sind auf dem Markt. Wenn es jedoch unbedingt das Sockelplättchen und die Kittfuge sein müssen, sollte die Kittfuge möglichst spät eingebaut werden, wenn ein Grossteil der Rückverformung bereits stattgefunden hat. Eine absolute Sicherheit gibt es dadurch zwar nicht, aber das Schadenrisiko kann dennoch wesentlich reduziert werden.

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