Dauerhaftigkeitsprognose der Verfugung von gipshaltigem historischem Mauerwerk

Twelmeier, Heiko

Fast jede Erhaltungsmaßnahme an historischem Mauerwerk beinhaltet auch eine Fugensanierung. Der eingebrachte Fugenmörtel übernimmt dabei vor allem den Witterungsschutz der Fassade. Die Dauerhaftigkeit des Mauerwerks kann aber nur dann langfristig gewährleistet werden, wenn der Mörtel und der Stein-Mörtel-Verbund rissfrei bleiben. Gelingt dies nicht, dringt verstärkt Wasser durch die Risse in das Mauerwerk ein, wodurch die Verwitterung des Mauerwerks infolge von Gefügeveränderung und Gefügezerstörung stark beschleunigt wird. Es genügt also nicht, wenn der Verfugmörtel selbst eine gute Witterungbeständigkeit zeigt. Im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit stellt die Verbundzone Fugenmörtel/Steinflanke die eigentliche Schwachstelle im Mauerwerk dar. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Prognosemodellen, mit denen eine Vorhersage einer eventuellen Rissbildung beliebiger Stein-/Mörtelkombinationen in gipshaltigem Mauerwerk erfolgen soll. Dafür werden bereits vorhandene Dauerhaftigkeitsmodelle besonders im Hinblick auf die Berücksichtigung viskoelastischen Materialverhaltens analysiert. Es wird überprüft, inwieweit die Feuchteabhängigkeit des mechanischen Verhaltens von Mörteln in bestehende Modelle implementierbar ist. Zur Beschreibung des viskoelastischen Verhaltens von Gips und von Gipsmörtel wird ein umfangreiches Versuchsprogramm durchgeführt. Der Fokus liegt dabei einerseits auf der Erforschung des Druck- und Zugkriechverhaltens, andererseits auf der Formulierung des Feuchteeinflusses auf dieses Verhalten. Aus den Versuchsergebnissen wird ein feuchteabhängiges Kriechmodell für Gips und Gipsmörtel abgeleitet. Mit diesen Erkenntnissen wird ein Ingenieurmodell erstellt. Die Materialparameter werden in einer mit dem Modell gekoppelten Datenbank zusammengestellt. Als Resultat wird ein einfaches praxistaugliches Instrument zur Verfügung gestellt, mit dem eine qualitative Abschätzung der Rissbildung und damit der Dauerhaftigkeit möglich ist. Für genauere Analysen möglicher Rissursachen wird ein komplexeres numerisches Modell entwickelt, welches gekoppelte Feuchte- und Wärmetransporte und die ausgeprägte Feuchteabhängigkeit des Verformungsverhaltens von Gipsmörteln berücksichtigt.

This paper first of all outlines the special properties of gypsum-based masonry that have to be accounted for in connection with refurbishment projects. Among these features are a very distinct deformation behaviour, the dependence of the mechanical gypsum properties on the moisture level, the gypsum solubility, and its incompatibility with hydraulic binders. In this connection the moisture dependence of the creep behaviour of gypsum is given special attention. A central element of this paper is an extensive research programme about the creep behaviour of gypsum and gypsum mortar. Before developing and explaining the test programme with compression and tension creep tests, the paper deals with special aspects of load-specific dimensional change of gypsum and gypsum mortar. Next to the loading level, the material moisture is a major factor that has an influence on the creep behaviour. By implementing a moisture-dependent formulation of the model parameters that are of relevance in this case, the results obtained from compression and tension creep tests can be calculated with good agreement. Unlike creep models for cement-bound mortar, the creep model is in this case only determined by the moisture content of the specimen and not the age at the time of loading. Due regard given to the hygric, thermal, elasto-plastic deformation and creep, the stress in the joint is calculated with an engineering model. After verification, the model is linked to a database. The engineering tool that is thus produced offers a simple way of conducting semi-quanitative parameter studies. A research model has been developed for more detailed bond analyses. It has a modular structure: together with the DELPHIN programme, linked heat and moisture transport can be calculated. There is an interface for data conversion and transfer to the DIANA programme that is used for structural analyses.

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Twelmeier, Heiko: Dauerhaftigkeitsprognose der Verfugung von gipshaltigem historischem Mauerwerk. 2010.

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