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Richtige Bestimmung und Interpretation von Feuchtigkeitswerten
Die Restfeuchtebestimmung nach der Carbid-Methode (CM) hat sich über viele Jahre als gewerbeübliches Verfahren zur Prüfung der Belegreife von Estrichen etabliert - und dennoch kommt es immer wieder zu unerwarteten Feuchteschäden. Ein Beispiel aus der Praxis: Auf einem vom Bauherrn als "Fließestrich" bezeichneten Untergrund sollte Parkett verlegt werden. Der Estrich entsprach in Farbe und Aussehen einem Zementestrich (ZE) - an der Oberfläche hatte sich stellenweise Zementschlämme abgesetzt. Er war drei Monate alt und lag in einem Gebäude, das "normal" beheizt und belüftet wurde. Die Nenndicke betrug 5 cm.
Die CM-Messung bestätigte den ersten Eindruck des Parkettlegers: 0,9 CM-% - also nahezu "staubtrocken". Die Oberfläche wurde daraufhin wegen der Schlämme maschinell gereinigt und vorgestrichen. Anschließend begann man mit der Verlegung des 10 mm Esche-Massivparketts. Am folgenden Tag stellte jedoch der aufmerksame Geselle bei dem verlegten Parkett ein starkes "Werfen" fest - die Arbeiten wurden eingestellt. Eine Holzfeuchtemessung ergab an der Oberseite 9 % - an der Unterseite sogar 12 %.
Ein durchaus häufiges Problem: Der Handwerker prüft nach besten Wissen und Gewissen den Untergrund und muss dann dennoch feststellen, dass das alles nicht gereicht hat. Wie ihm der Belag "verrät", war der Boden noch zu nass.
Bewährtes Verfahren, das dennoch viele Unsicherheiten birgt
Dies ist nur ein Beispiel für mögliche Irritationen mit der CM-Methode - das Verfahren wirft bei genauerer Betrachtung noch weitere Fragen auf: Warum gilt beispielsweise ein ZE mit 2,0 CM-% als trocken, ein Calciumsulfatfließestrich (CSFE) aber erst bei 0,5 CM-%? Welche Zusammenhänge bestehen zwischen CM-% und Darr-%? Welche zwischen CM-% und korrespondierender Luftfeuchte? Sogar über die richtige Messmethode gibt es unterschiedliche Ansichten: Wann muss man ablesen? Wie oft und wie lange muss man schütteln? Was passiert, wenn die vom Handwerker durchgeführte Verfahrensweise von der eines später hinzu gerufenen Gutachters abweicht?
Obwohl die Methode seit Jahrzehnten praktiziert wird, lohnt es sich also, die CM-Messung einmal näher unter die Lupe zu nehmen und sich mit den genannten Fragen auseinander zu setzen. Schließlich besteht die Hauptfunktion der Restfeuchteprüfung darin, den Boden- bzw. Parkettleger als Gewährleistungsträger vor späteren Schäden zu bewahren - ebenso wie natürlich auch den Auftraggeber. Das funktioniert allerdings nur bei entsprechend aussagekräftigen und richtig interpretierten Ergebnissen.
Der rechtliche Hintergrund: Wieso überhaupt eine CM-Messung?
Die Verantwortung für den Handwerker ergibt sich aus der VOB/B (DIN 1961) § 4 Nr.3: "Hat der Auftragnehmer Bedenken gegen ... die Güte der vom Auftraggeber gelieferten Stoffe oder Bauteile oder gegen die Leistungen anderer Unternehmer, so hat er sie dem Auftraggeber unverzüglich ... schriftlich mitzuteilen ...". Und konkret aus der VOB/C, den so genannten Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV): "Der Auftragnehmer hat bei seiner Prüfung Bedenken (...) insbesondere gelten zu machen bei ... nicht genügend trockenem Untergrund".
Der Text der VOB lässt allerdings offen, was ein "nicht genügend trockener Untergrund" ist. Eine Definition wird nicht geliefert. Man kann jedoch aus dem Kontext schließen, dass offensichtlich die Absicht besteht, Schaden abzuwenden. Weitergehende Erläuterungen finden sich in den Kommentaren zu den ATV - Beispiele aus dem Kommentar zur DIN 18356:
- "Der Autragnehmer muss sich ... davon überzeugen, dass der Untergrund soweit trocken ist, dass er das vorgesehene Parkett ohne Gefährdung verlegen kann."
- "Auf jeden Fall muss der Auftragnehmer .... Feuchtemessungen in den Estrichen vornehmen."
- "Seit Jahrzehnten hat sich die CM-Methode bewährt."
- "Es ist Prüfgut ... im CM-Gerät zu messen."
- Tabelle in Ausgleichsfeuchten
- Umrechnung in "nicht gewerbeübliche" Darr-Feuchte ist möglich: 3,0 Gewichts-% = 2,0 CM-%.
Um welche Art von "Feuchtigkeit" geht es bei der Belegreifeprüfung?
Die CM-Messung ist damit durchaus als gewerbeübliche Pflichtprüfung anzusehen, um die Feuchtigkeit von Estrichen zu beurteilen. Aber was bedeutet "feucht" überhaupt in diesem Zusammenhang? Um welche Form der "Feuchtigkeit" geht es bei der Belegreifeprüfung von Estrichen und auf welchen Einflüssen beruht diese? In der Bauphysik definiert man "Feuchte" als das in Baustoffen bzw. Luft enthaltene Wasser. Der Feuchtegehalt von Baustoffen wird dabei typischerweise als "Darr-Feuchte" in Darr-% angegeben bzw. als Wassergehalt in Gewichts-% bezogen auf die Trockenmasse.
Demgegenüber wird der Feuchtegehalt von Luft als relative Luftfeuchte im Verhältnis zum Sättigungsdampfdruck bzw. der Sättigungskonzentration des Wassers bei einer bestimmten Temperatur angegeben - in der Regel in Prozent. Darrfeuchte und Luftfeuchten stehen in einem Zusammenhang. Das lässt sich daran erkennen, dass einzelne Baustoffe bei bestimmten Luftfeuchten immer die gleiche Darrfeuchte annehmen. Die Luftfeuchte - genau genommen die "korrespondierende" Luftfeuchte - stellt damit eine wichtige Einflussgröße für den Wassergehalt von Baustoffen dar.
Rätselhaft erscheint jedoch auf den ersten Blick, dass die Darrfeuchte unterschiedlicher Materialien bei gleicher Luftfeuchte auch sehr unterschiedlich ausfallen kann. Der Grund dafür liegt im chemischen Aufbau der einzelnen Materialien: Sie unterscheiden sich in der Speicherkapazität für dampfförmiges Wasser.
"Sorptions-Isothermen" veranschaulichen Wechselwirkung zwischen Bau- und Luftfeuchte
Der Zusammenhang zwischen Baufeuchte und Luftfeuchte wird typischerweise in so genannten "Sorptions-Isothermen" wiedergegeben - Kurvendiagrammen, in denen die relative Luftfeuchte in % in Relation zum Wassergehalt in Darr-% gesetzt wird. Man kann an der "Sorptions-Isotherme" für einen ZE also beispielsweise ablesen, welchen Wassergehalt in Darr-% der Estrich bei 50 % relativer Luftfeuchte aufweist - wobei alle Werte stets nur für eine bestimmte, definierte Temperatur gelten ("Isotherm" = "bei gleicher Temperatur").
Solche Diagramme enthalten aber auch noch weitere, "versteckte" Informationen: Es lässt sich zumindest auch die Größenordnung ablesen, wie viel Wasser ein Baustoff speichert. Will man beispielsweise wissen, wie viel Wasser Holz abgeben kann, dass von 80% auf 50% relative Luftfeuchte trocknet, kann man diesen Wert durch Differenzbildung bestimmen. Dass dies durchaus auch praktisch wichtig sein kann, verdeutlicht ein Vergleich von ZE und CSFE: Bei Luftfeuchten unterhalb von 70% weist der CSFE eine deutlich kleinere Speicherkapazität auf als der ZE - damit fällt auch das Risiko eines Schadens durch Auffeuchtung anderer Baustoffe erheblich geringer aus.
Wann ist kein Schaden zu befürchten?
Fügt man verschiedene Baustoffe wie Estriche und Bodenbeläge zusammen, darf die Angleichfeuchte in keinem Baustoff "kritisch" werden. "Kritisch" fällt sie immer dann aus, wenn:
- Quellspannungen in einem Holzbelag entstehen, die zu Ablösungen bzw. später zu starker Fugenbildung führen
- sich in einem elastischen Belag Blasen durch osmotischen Druck bilden
- es zu einer Erweichung des Estrichs kommt, der damit den mechanischen Belastungen nicht gewachsen ist
- der Klebstoffs verseift
- Geruchsbildung entsteht
- sich Pilze ansiedeln
Solche Feuchteschäden setzen bestimmte Bedingungen voraus:
- Sind entsprechende Materialien vorhanden wie wasserlösliche Estriche und/oder Beläge, die schwinden bzw. quellen können?
- Ist bezüglich des Dampfdruckes ein Ungleichgewicht vorhanden?
- Reicht die mobile Menge an Wasser aus, um einen Schaden zu verursachen?
- Kann in den Baustoffen ein Wassertransport zum potentiellen Schadensbereich stattfinden bzw. hinreichend schnell stattfinden?
Ein bestimmter CM-Grenzwert taucht in dieser Aufzählung bewusst nicht auf, da er allein aufgrund der erläuterten Wechselwirkungen zwischen Luft- und Baufeuchte keine absolute Sicherheit bietet. In der Praxis kann ein CM-Wert zwar in vielen Fällen - beispielsweise bei Calciumsulfatestrichen und "normalen" Zementestrichen - zumindest einen Richtwert dafür liefern, ob ein Schaden wahrscheinlich ist. Anders sieht aber beispielsweise bei Spachtelmassen, bestimmten Zementestrichen oder bei Schnellzementestrichen aus. Hier funktioniert die zuverlässige Restfeuchtebestimmung mit dem CM-Gerät nach allgemeiner Ansicht nicht. Warum das so ist, ergibt sich aus der Methode selbst.
Wie funktioniert die CM-Methode am Bau?
Hinsichtlich der richtigen Durchführung einer CM-Messung am Bau gibt es durchaus unterschiedliche Aussagen. Die wichtigste Richtlinie ist in diesem Zusammenhang sicher die Arbeitsanweisung im BEB-Merkblatt zur CM-Messung. Die Vorbereitung der Messung inklusive der Bestückung des Messgerätes ergibt sich zudem aus den Bedienungsanleitungen der Gerätehersteller sowie aus der einschlägigen der Literatur.
Die Probenentnahme erfolgt bei Bodenlegern und Parkettlegern unterschiedlich: Während der Bodenleger eine Probe über den "ganzen Querschnitt" zu ziehen hat, muss der Parkettleger diese aus dem "unteren bis mittleren Bereich" entnehmen. Die Werte in den Beurteilungstabellen sind jeweils auf diese Art der Probenentnahme abgestimmt. Dann muss die Probe soweit zerkleinert werden, dass nach der Messung keine "Brocken" mehr zu sehen sind, da ansonsten der ermittelte Wert systematisch zu niedrig (= zu trocken) ausfällt.
Beim Schütteln geht es in der Praxis drunter und drüber - wobei die Vorschrift jedoch recht eindeutig besagt: nach dem Befüllen zunächst zwei Minuten lang schütteln, nach fünf Minuten noch mal eine Minute lang schütteln und nach 10 Minuten schließlich zehn Sekunden schütteln und dann sofort ablesen.
Was passiert in der Flasche? Was wird eigentlich gemessen?
Der Wassergehalt der Estrichprobe wird bei der CM-Messung indirekt über den Druck ermittelt, der in der Stahlflasche nach bzw. während dem beschriebenen Schütteln entsteht. Den Druck erzeugt das Gas Acetylen (Ethin), das im Zuge der chemischen Reaktion von Wasser und Carbid freigesetzt wird: CaC2 + 2H2O <-> Ca(OH)2 + H2C2. Großen Einfluss auf die Messung haben dabei die Aggregatzustände der Produkte, da von ihnen die Transportwege abhängen und damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit sowie deren Umsetzung.
Theorie und Praxis lassen sich allerdings häufig leider nur eingeschränkt in Deckung bringen. Das bestätigten vergleichende Untersuchungen mit CM-Messungen an unterschiedlichen Substanzen. Hier zeigten sich beispielsweise ernsthafte Schwierigkeiten, dass Probengut von festen Estrichen durch Schütteln der Flasche ausreichend zu zerkleinern. Wir haben daher nach einigen Vorversuchen eine leicht abgewandelte, etwas intensivere "Schüttel-Methode" gewählt, die dann bei allen Messungen angewendet wurde.
Um unterschiedliche Substanzen - Wasser, Sand, CSFE nass und trocken, ZE 20 und ZE 30 - vergleichen zu können, wurde zudem jeweils der "Enddruck" herangezogen; also der Druck, der sich in der Flasche nach einigen Stunden als Gleichgewichtsdruck einstellt. Dennoch ergaben sich teilweise verblüffende Ergebnisse.
Untersuchungsergebnisse bestätigen Unsicherheitsfaktoren
Bei der Referenzmessung mit einer Prüfampulle mit 1 g Wasser ließ sich nach 10 min zunächst tatsächlich der Wassergehalt sicher ablesen. Hier zeigte sich allerdings, dass das Schütteln auch zum Zermahlen des Carbids notwendig ist, da erst nach 10 Minuten ein vollständiger Umsatz erreicht wurde. Die Messung des nassen Estrich-Sandes lieferte ebenfalls ein korrektes Ergebnis. Anders sah die Sache jedoch bei der nächsten Probe aus: 50 g nasser CSFE. Nach den vorgeschriebenen 10 Minuten Messdauer ergab sich gegenüber dem Enddruck noch eine Differenz von knapp 12%. Beim Versuch mit 100 g trockenem CSFE lag die Differenz sogar bei 30 %. Das Ergebnis der Darrprobe bekommt man hier erst zwischen 10 und 20 min angezeigt.
Für den später aufgebauten Druck ist freigesetztes Kristallwasser verantwortlich. Dieses wird durch den äußerst niedrigen Wasserdampfdruck, den das Carbid erzeugt, aus dem Kristall herausgezogen. Interessant fielen auch die Ergebnisse mit den Zementestrichen aus: Die Probe mit 20 g eines ZE 20 zeigte 12 % zu wenig, bei 20 g eines ZE 30 lag das Ergebnis knapp 30 % unter dem Enddruck.
In der Baupraxis ist mit großen Abweichungen zu rechnen
Die Tatsache, dass die Reaktion also nach 10 min in der Regel noch nicht beendet ist, stellt für sich gesehen noch kein Problem dar, da die Beurteilung als Relativ-Wert über die bekannten Tabellen erfolgt. Kritisch wird es jedoch, wenn man berücksichtigt, wie die Messungen in der Baupraxis tatsächlich durchgeführt werden. Die Nachfrage bei einer Reihe von Sachverständigen ergab, dass beim Vergleich von Messungen nicht mit den gerätetypischen Standardabweichungen um 2 %, sondern mit solchen von etwa 15 % zu rechnen ist.
Aus den Untersuchungsergebnissen ergeben sich folgende Schlussfolgerungen:
- Die CM-Methode ist zur quantitativen Erfassung von kapillaren und freien Wasser ("Übersättigungsbereich") gut geeignet - also für Sande und bei ausreichender Erfahrung auch für ähnliche Materialien.
- Bei durch Sorption gebundenem Wasser wird der ermittelte Werte wesentlich durch die Dynamik des physikalischen Feuchtetransports beeinflusst. Das heißt: Je nach Ablesezeitpunkt, Füllmenge und Intensität des Schüttelns erhält man sehr unterschiedliche Ergebnisse.
Lässt sich mit CM-Werten überhaupt die tatsächliche Feuchte vorhersagen?
Trotz dieser Unsicherheitsfaktoren werden die Ergebnisse CM-Messungen häufig als Ausgangswert für die Berechnung der Darrfeuchte und umgekehrt genutzt. In der Literatur findet man dazu vor allem die Ausarbeitungen von Werner Schnell aus dem Jahre 1985. Dort wird für Calciumsulfat- bzw. Anhydritestriche eine gute Korrelation nahe bei 1 festgestellt: also 1 CM-% = 1 Darr-%. Und auch für Zementestriche wird eine Korrelation aufgezeigt: Darr-% = CM-% + 1,5.
Schaut man sich die Daten an, muss aber auch hier im Einzelfall mit erheblichen Abweichungen gerechnet werden. Nach unserer Auffassung belegen die Messungen in beiden Fällen nur mäßige Korreleationen. Allerdings wird auch im Kommentar zur DIN 18356 eine Umrechnung nahegelegt: Darr-% = CM-% + 1. Wir haben daher auch hinsichtlich der Korrelation von CM- und Darrfeuchte einschlägige Untersuchungen durchgeführt: frischen ZE 20 von der Baustelle geholt, zwei Estrichmörtel mit unterschiedlichen Zementen im Labor hergestellt und zusätzlich zwei Fertigmischungen, ein ZE 30 und einen CSFE in AE 20-Qualität.
Vergleiche gestalten sich vor allem bei Zementestrichen schwierig
Während Schnell ein Bindemittel-Zuschlag-Verhältnis von 1:5 angibt, haben wir für die beiden "Labormörtel" ein Verhältnis von 1:6,2 gewählt. Die Herstellung der Probekörper erfolgte durch Verfüllen der Mörtel in PP-Becher - in drei oder vier Lagen zu 4 bzw. 6 cm Höhe. Die einzelnen Lagen wurden mit wasserdurchlässigem Papier getrennt. Nach einer gewissen Zeit konnte man die Schichten bequem voneinander trennen und hatte damit unterschiedlich alte und unterschiedlich feuchte Proben für die Analyse. Die Proben wurden durchgehend bei 23 C u. 50 % rel. Luftfeuchte gelagert und schließlich jeweils drei vergleichende Prüfungenverfahren unterzogen:
- einer CM-Messung
- unterschiedlichen Darrprüfungen bei 105 (ZE) und 40 (AE) C sowie in einigen Fällen auch "Trocknungen" bei 23 C / 50 % rel. Luftfeuchte
- einer Messung der korrespondierenden rel. Luftfeuchte bei 24 C (+/- 1 C), bei der ein Teil des zerschlagenen Prüfgutes von der CM-Messungen in einem Plastikbecher mit einer Halbleiter-Luftfeuchte- und Temperatursensor geprüft wurde
Schon der erste Versuch mit einer Fertigmischung für einen ZE 30 zeigte erhebliche Abweichungen: Vergleicht man die Darrwerte mit denen von Schnell, passt das alles relativ schlecht zusammen. Tröstlich ist der Umstand, dass die CM-Messung beim Unterschreiten von 2,0 CM-% tatsächlichen einen trockenen Estrich angezeigt hätte, da auch die Luftfeuchte dort unter 65 % lag.
Diese Abweichungen lieferten den Grund, anschließend auch "Standard-Rezepturen" zu untersuchen. Die Ergebnisse: Die Werte korrelierten unabhängig vom Alter, der Zementsorte und auch vom Herstellungsort auf den ersten Blick gut. Die Darrwerte lagen diesmal aber weit unter den Sorptionsisothermen von Schnell. Problematisch war dabei, dass der als "trocken" geltende CM-Wert von 2,0 % einer relativen Luftfeuchte von 80 % entsprach und damit eher als "nass" zu bezeichnen ist.
Ursache: Zement als wesentlicher Wasserspeicher
Der Grund für die Abweichung liegt mit großer Wahrscheinlichkeit im geringeren Zementanteil der Rezepturen. Das bedeutet: Da der wesentliche Wasserspeicher bei einem ZE der Zement ist, muss auch die CM- und Darrfeuchte wesentlich vom Zementgehalt abhängen. Wie groß der Einfluss der Zementart ist, lässt sich aber kaum sagen. Denn nach dem BEB Merkblatt "Hinweise zur Auswahl von Zementen für die Estrichherstellung im Wohnungs- und Verwaltungsbau" vom Sept. 2002 kann der Estrichleger aus 27 Zementsorten auswählen, wovon laut dem Merkblatt 7 "gebräuchlich" sind. Die große Bindemittelvielfalt macht Pauschalaussagen praktisch unmöglich.
Anders als bei den ZE-Fertigmischungen waren die Ergebnisse der CSFE-Mischung relativ gut mit den Werten von Schnell vergleichbar. Der Grund für die bessere Übereinstimmung dürfte darin liegen, dass hier das Bindemittel für die Sorption im chemischen Sinn keine Rolle spielt.
Fazit: Richtige Interpretation erfordert viel Know-how
Kommen wir zurück zu dem Beispielfall aus der Praxis vom Anfang: Der Parkettleger hatte uns per Post einige Proben geschickt. Unsere Messungen an Proben aus der unteren Estrichhälfte ergaben folgende Werte:
- 0,75 CM-% (10 min)
- 0,85 CM-% (20 min)
- 0,89 Darr-% (40 C), ein Wert der sehr gut zur CM-Messung passt
- 6,88 Darr-% (105 C)
- 93,15 % r. LF (25 C)
Insbesondere der Wert der relative Luftfeuchte macht deutlich, dass ein nasser Estrich vorlag, wie auch der eingetretene Schaden bestätigte. Hätte der Parkettleger ein wenig seines für die CM-Messungen herausgeschlagenen Estrichs für eine Luftfeuchtemessung verwendet - z.B. in einem Plastikbeutel - hätte er sofort gewusst, dass ein CSFE vorliegen muss und auf keinen Fall der aufgrund der Optik vermutete ZE. Dann wäre also auch eine korrekte Interpretation des CM-Messergebnisses möglich und der Schaden vermeidbar gewesen.
Für die Bewertung der CM-Messung lässt sich damit zusammenfassend feststellen:
- CM-Messungen können nur dann eine Aussage zur Belegereife eines Estrichs machen, wenn der spezifische Grenzwert für diesen Estrich bekannt ist.
- Bei Zementestrichen ist aufgrund von unterschiedlichen Zusammensetzungen die Aussagekraft der CM-Messung deutlich eingeschränkt.
- Messungen der korrespondierenden Luftfeuchte können bei unbekannten oder zweifelhaften Estrichmaterialien eine Einstufung als "feucht" oder "trocken" deutlich erleichtern.
- Wie bei allen anderen Prüfungen auch, braucht man für eine korrekte CM-Messung einiges an Erfahrung und ggf. Schulung. aus FussbodenTechnik 03/03 (Bodenbeläge)
Wie aussagekräftig ist die bewährte CM-Messung?
Weist die obligatorische CM-Messung einen ausreichend trockenen Estrich aus, fühlen sich Boden- und Parkettleger auf der sicheren Seite. Doch auch bei korrekter Prüfung kommt es immer wieder zu Feuchteschäden. Wie kann das sein? Dr. Thomas Brokamp von Bona ist dieser Frage auf den Grund gegangen. Sein Fazit: Die Ergebnisse von CM-Messungen werden von zahlreichen Faktoren beeinflusst. Insbesondere bei Zementestrichen ist die Aussagekraft deutlich eingeschränkt. Für die richtige Interpretation braucht man daher viel Erfahrung.Die Restfeuchtebestimmung nach der Carbid-Methode (CM) hat sich über viele Jahre als gewerbeübliches Verfahren zur Prüfung der Belegreife von Estrichen etabliert - und dennoch kommt es immer wieder zu unerwarteten Feuchteschäden. Ein Beispiel aus der Praxis: Auf einem vom Bauherrn als "Fließestrich" bezeichneten Untergrund sollte Parkett verlegt werden. Der Estrich entsprach in Farbe und Aussehen einem Zementestrich (ZE) - an der Oberfläche hatte sich stellenweise Zementschlämme abgesetzt. Er war drei Monate alt und lag in einem Gebäude, das "normal" beheizt und belüftet wurde. Die Nenndicke betrug 5 cm.
Die CM-Messung bestätigte den ersten Eindruck des Parkettlegers: 0,9 CM-% - also nahezu "staubtrocken". Die Oberfläche wurde daraufhin wegen der Schlämme maschinell gereinigt und vorgestrichen. Anschließend begann man mit der Verlegung des 10 mm Esche-Massivparketts. Am folgenden Tag stellte jedoch der aufmerksame Geselle bei dem verlegten Parkett ein starkes "Werfen" fest - die Arbeiten wurden eingestellt. Eine Holzfeuchtemessung ergab an der Oberseite 9 % - an der Unterseite sogar 12 %.
Ein durchaus häufiges Problem: Der Handwerker prüft nach besten Wissen und Gewissen den Untergrund und muss dann dennoch feststellen, dass das alles nicht gereicht hat. Wie ihm der Belag "verrät", war der Boden noch zu nass.
Bewährtes Verfahren, das dennoch viele Unsicherheiten birgt
Dies ist nur ein Beispiel für mögliche Irritationen mit der CM-Methode - das Verfahren wirft bei genauerer Betrachtung noch weitere Fragen auf: Warum gilt beispielsweise ein ZE mit 2,0 CM-% als trocken, ein Calciumsulfatfließestrich (CSFE) aber erst bei 0,5 CM-%? Welche Zusammenhänge bestehen zwischen CM-% und Darr-%? Welche zwischen CM-% und korrespondierender Luftfeuchte? Sogar über die richtige Messmethode gibt es unterschiedliche Ansichten: Wann muss man ablesen? Wie oft und wie lange muss man schütteln? Was passiert, wenn die vom Handwerker durchgeführte Verfahrensweise von der eines später hinzu gerufenen Gutachters abweicht?
Obwohl die Methode seit Jahrzehnten praktiziert wird, lohnt es sich also, die CM-Messung einmal näher unter die Lupe zu nehmen und sich mit den genannten Fragen auseinander zu setzen. Schließlich besteht die Hauptfunktion der Restfeuchteprüfung darin, den Boden- bzw. Parkettleger als Gewährleistungsträger vor späteren Schäden zu bewahren - ebenso wie natürlich auch den Auftraggeber. Das funktioniert allerdings nur bei entsprechend aussagekräftigen und richtig interpretierten Ergebnissen.
Der rechtliche Hintergrund: Wieso überhaupt eine CM-Messung?
Die Verantwortung für den Handwerker ergibt sich aus der VOB/B (DIN 1961) § 4 Nr.3: "Hat der Auftragnehmer Bedenken gegen ... die Güte der vom Auftraggeber gelieferten Stoffe oder Bauteile oder gegen die Leistungen anderer Unternehmer, so hat er sie dem Auftraggeber unverzüglich ... schriftlich mitzuteilen ...". Und konkret aus der VOB/C, den so genannten Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV): "Der Auftragnehmer hat bei seiner Prüfung Bedenken (...) insbesondere gelten zu machen bei ... nicht genügend trockenem Untergrund".
Der Text der VOB lässt allerdings offen, was ein "nicht genügend trockener Untergrund" ist. Eine Definition wird nicht geliefert. Man kann jedoch aus dem Kontext schließen, dass offensichtlich die Absicht besteht, Schaden abzuwenden. Weitergehende Erläuterungen finden sich in den Kommentaren zu den ATV - Beispiele aus dem Kommentar zur DIN 18356:
- "Der Autragnehmer muss sich ... davon überzeugen, dass der Untergrund soweit trocken ist, dass er das vorgesehene Parkett ohne Gefährdung verlegen kann."
- "Auf jeden Fall muss der Auftragnehmer .... Feuchtemessungen in den Estrichen vornehmen."
- "Seit Jahrzehnten hat sich die CM-Methode bewährt."
- "Es ist Prüfgut ... im CM-Gerät zu messen."
- Tabelle in Ausgleichsfeuchten
- Umrechnung in "nicht gewerbeübliche" Darr-Feuchte ist möglich: 3,0 Gewichts-% = 2,0 CM-%.
Um welche Art von "Feuchtigkeit" geht es bei der Belegreifeprüfung?
Die CM-Messung ist damit durchaus als gewerbeübliche Pflichtprüfung anzusehen, um die Feuchtigkeit von Estrichen zu beurteilen. Aber was bedeutet "feucht" überhaupt in diesem Zusammenhang? Um welche Form der "Feuchtigkeit" geht es bei der Belegreifeprüfung von Estrichen und auf welchen Einflüssen beruht diese? In der Bauphysik definiert man "Feuchte" als das in Baustoffen bzw. Luft enthaltene Wasser. Der Feuchtegehalt von Baustoffen wird dabei typischerweise als "Darr-Feuchte" in Darr-% angegeben bzw. als Wassergehalt in Gewichts-% bezogen auf die Trockenmasse.
Demgegenüber wird der Feuchtegehalt von Luft als relative Luftfeuchte im Verhältnis zum Sättigungsdampfdruck bzw. der Sättigungskonzentration des Wassers bei einer bestimmten Temperatur angegeben - in der Regel in Prozent. Darrfeuchte und Luftfeuchten stehen in einem Zusammenhang. Das lässt sich daran erkennen, dass einzelne Baustoffe bei bestimmten Luftfeuchten immer die gleiche Darrfeuchte annehmen. Die Luftfeuchte - genau genommen die "korrespondierende" Luftfeuchte - stellt damit eine wichtige Einflussgröße für den Wassergehalt von Baustoffen dar.
Rätselhaft erscheint jedoch auf den ersten Blick, dass die Darrfeuchte unterschiedlicher Materialien bei gleicher Luftfeuchte auch sehr unterschiedlich ausfallen kann. Der Grund dafür liegt im chemischen Aufbau der einzelnen Materialien: Sie unterscheiden sich in der Speicherkapazität für dampfförmiges Wasser.
"Sorptions-Isothermen" veranschaulichen Wechselwirkung zwischen Bau- und Luftfeuchte
Der Zusammenhang zwischen Baufeuchte und Luftfeuchte wird typischerweise in so genannten "Sorptions-Isothermen" wiedergegeben - Kurvendiagrammen, in denen die relative Luftfeuchte in % in Relation zum Wassergehalt in Darr-% gesetzt wird. Man kann an der "Sorptions-Isotherme" für einen ZE also beispielsweise ablesen, welchen Wassergehalt in Darr-% der Estrich bei 50 % relativer Luftfeuchte aufweist - wobei alle Werte stets nur für eine bestimmte, definierte Temperatur gelten ("Isotherm" = "bei gleicher Temperatur").
Solche Diagramme enthalten aber auch noch weitere, "versteckte" Informationen: Es lässt sich zumindest auch die Größenordnung ablesen, wie viel Wasser ein Baustoff speichert. Will man beispielsweise wissen, wie viel Wasser Holz abgeben kann, dass von 80% auf 50% relative Luftfeuchte trocknet, kann man diesen Wert durch Differenzbildung bestimmen. Dass dies durchaus auch praktisch wichtig sein kann, verdeutlicht ein Vergleich von ZE und CSFE: Bei Luftfeuchten unterhalb von 70% weist der CSFE eine deutlich kleinere Speicherkapazität auf als der ZE - damit fällt auch das Risiko eines Schadens durch Auffeuchtung anderer Baustoffe erheblich geringer aus.
Wann ist kein Schaden zu befürchten?
Fügt man verschiedene Baustoffe wie Estriche und Bodenbeläge zusammen, darf die Angleichfeuchte in keinem Baustoff "kritisch" werden. "Kritisch" fällt sie immer dann aus, wenn:
- Quellspannungen in einem Holzbelag entstehen, die zu Ablösungen bzw. später zu starker Fugenbildung führen
- sich in einem elastischen Belag Blasen durch osmotischen Druck bilden
- es zu einer Erweichung des Estrichs kommt, der damit den mechanischen Belastungen nicht gewachsen ist
- der Klebstoffs verseift
- Geruchsbildung entsteht
- sich Pilze ansiedeln
Solche Feuchteschäden setzen bestimmte Bedingungen voraus:
- Sind entsprechende Materialien vorhanden wie wasserlösliche Estriche und/oder Beläge, die schwinden bzw. quellen können?
- Ist bezüglich des Dampfdruckes ein Ungleichgewicht vorhanden?
- Reicht die mobile Menge an Wasser aus, um einen Schaden zu verursachen?
- Kann in den Baustoffen ein Wassertransport zum potentiellen Schadensbereich stattfinden bzw. hinreichend schnell stattfinden?
Ein bestimmter CM-Grenzwert taucht in dieser Aufzählung bewusst nicht auf, da er allein aufgrund der erläuterten Wechselwirkungen zwischen Luft- und Baufeuchte keine absolute Sicherheit bietet. In der Praxis kann ein CM-Wert zwar in vielen Fällen - beispielsweise bei Calciumsulfatestrichen und "normalen" Zementestrichen - zumindest einen Richtwert dafür liefern, ob ein Schaden wahrscheinlich ist. Anders sieht aber beispielsweise bei Spachtelmassen, bestimmten Zementestrichen oder bei Schnellzementestrichen aus. Hier funktioniert die zuverlässige Restfeuchtebestimmung mit dem CM-Gerät nach allgemeiner Ansicht nicht. Warum das so ist, ergibt sich aus der Methode selbst.
Wie funktioniert die CM-Methode am Bau?
Hinsichtlich der richtigen Durchführung einer CM-Messung am Bau gibt es durchaus unterschiedliche Aussagen. Die wichtigste Richtlinie ist in diesem Zusammenhang sicher die Arbeitsanweisung im BEB-Merkblatt zur CM-Messung. Die Vorbereitung der Messung inklusive der Bestückung des Messgerätes ergibt sich zudem aus den Bedienungsanleitungen der Gerätehersteller sowie aus der einschlägigen der Literatur.
Die Probenentnahme erfolgt bei Bodenlegern und Parkettlegern unterschiedlich: Während der Bodenleger eine Probe über den "ganzen Querschnitt" zu ziehen hat, muss der Parkettleger diese aus dem "unteren bis mittleren Bereich" entnehmen. Die Werte in den Beurteilungstabellen sind jeweils auf diese Art der Probenentnahme abgestimmt. Dann muss die Probe soweit zerkleinert werden, dass nach der Messung keine "Brocken" mehr zu sehen sind, da ansonsten der ermittelte Wert systematisch zu niedrig (= zu trocken) ausfällt.
Beim Schütteln geht es in der Praxis drunter und drüber - wobei die Vorschrift jedoch recht eindeutig besagt: nach dem Befüllen zunächst zwei Minuten lang schütteln, nach fünf Minuten noch mal eine Minute lang schütteln und nach 10 Minuten schließlich zehn Sekunden schütteln und dann sofort ablesen.
Was passiert in der Flasche? Was wird eigentlich gemessen?
Der Wassergehalt der Estrichprobe wird bei der CM-Messung indirekt über den Druck ermittelt, der in der Stahlflasche nach bzw. während dem beschriebenen Schütteln entsteht. Den Druck erzeugt das Gas Acetylen (Ethin), das im Zuge der chemischen Reaktion von Wasser und Carbid freigesetzt wird: CaC2 + 2H2O <-> Ca(OH)2 + H2C2. Großen Einfluss auf die Messung haben dabei die Aggregatzustände der Produkte, da von ihnen die Transportwege abhängen und damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit sowie deren Umsetzung.
Theorie und Praxis lassen sich allerdings häufig leider nur eingeschränkt in Deckung bringen. Das bestätigten vergleichende Untersuchungen mit CM-Messungen an unterschiedlichen Substanzen. Hier zeigten sich beispielsweise ernsthafte Schwierigkeiten, dass Probengut von festen Estrichen durch Schütteln der Flasche ausreichend zu zerkleinern. Wir haben daher nach einigen Vorversuchen eine leicht abgewandelte, etwas intensivere "Schüttel-Methode" gewählt, die dann bei allen Messungen angewendet wurde.
Um unterschiedliche Substanzen - Wasser, Sand, CSFE nass und trocken, ZE 20 und ZE 30 - vergleichen zu können, wurde zudem jeweils der "Enddruck" herangezogen; also der Druck, der sich in der Flasche nach einigen Stunden als Gleichgewichtsdruck einstellt. Dennoch ergaben sich teilweise verblüffende Ergebnisse.
Untersuchungsergebnisse bestätigen Unsicherheitsfaktoren
Bei der Referenzmessung mit einer Prüfampulle mit 1 g Wasser ließ sich nach 10 min zunächst tatsächlich der Wassergehalt sicher ablesen. Hier zeigte sich allerdings, dass das Schütteln auch zum Zermahlen des Carbids notwendig ist, da erst nach 10 Minuten ein vollständiger Umsatz erreicht wurde. Die Messung des nassen Estrich-Sandes lieferte ebenfalls ein korrektes Ergebnis. Anders sah die Sache jedoch bei der nächsten Probe aus: 50 g nasser CSFE. Nach den vorgeschriebenen 10 Minuten Messdauer ergab sich gegenüber dem Enddruck noch eine Differenz von knapp 12%. Beim Versuch mit 100 g trockenem CSFE lag die Differenz sogar bei 30 %. Das Ergebnis der Darrprobe bekommt man hier erst zwischen 10 und 20 min angezeigt.
Für den später aufgebauten Druck ist freigesetztes Kristallwasser verantwortlich. Dieses wird durch den äußerst niedrigen Wasserdampfdruck, den das Carbid erzeugt, aus dem Kristall herausgezogen. Interessant fielen auch die Ergebnisse mit den Zementestrichen aus: Die Probe mit 20 g eines ZE 20 zeigte 12 % zu wenig, bei 20 g eines ZE 30 lag das Ergebnis knapp 30 % unter dem Enddruck.
In der Baupraxis ist mit großen Abweichungen zu rechnen
Die Tatsache, dass die Reaktion also nach 10 min in der Regel noch nicht beendet ist, stellt für sich gesehen noch kein Problem dar, da die Beurteilung als Relativ-Wert über die bekannten Tabellen erfolgt. Kritisch wird es jedoch, wenn man berücksichtigt, wie die Messungen in der Baupraxis tatsächlich durchgeführt werden. Die Nachfrage bei einer Reihe von Sachverständigen ergab, dass beim Vergleich von Messungen nicht mit den gerätetypischen Standardabweichungen um 2 %, sondern mit solchen von etwa 15 % zu rechnen ist.
Aus den Untersuchungsergebnissen ergeben sich folgende Schlussfolgerungen:
- Die CM-Methode ist zur quantitativen Erfassung von kapillaren und freien Wasser ("Übersättigungsbereich") gut geeignet - also für Sande und bei ausreichender Erfahrung auch für ähnliche Materialien.
- Bei durch Sorption gebundenem Wasser wird der ermittelte Werte wesentlich durch die Dynamik des physikalischen Feuchtetransports beeinflusst. Das heißt: Je nach Ablesezeitpunkt, Füllmenge und Intensität des Schüttelns erhält man sehr unterschiedliche Ergebnisse.
Lässt sich mit CM-Werten überhaupt die tatsächliche Feuchte vorhersagen?
Trotz dieser Unsicherheitsfaktoren werden die Ergebnisse CM-Messungen häufig als Ausgangswert für die Berechnung der Darrfeuchte und umgekehrt genutzt. In der Literatur findet man dazu vor allem die Ausarbeitungen von Werner Schnell aus dem Jahre 1985. Dort wird für Calciumsulfat- bzw. Anhydritestriche eine gute Korrelation nahe bei 1 festgestellt: also 1 CM-% = 1 Darr-%. Und auch für Zementestriche wird eine Korrelation aufgezeigt: Darr-% = CM-% + 1,5.
Schaut man sich die Daten an, muss aber auch hier im Einzelfall mit erheblichen Abweichungen gerechnet werden. Nach unserer Auffassung belegen die Messungen in beiden Fällen nur mäßige Korreleationen. Allerdings wird auch im Kommentar zur DIN 18356 eine Umrechnung nahegelegt: Darr-% = CM-% + 1. Wir haben daher auch hinsichtlich der Korrelation von CM- und Darrfeuchte einschlägige Untersuchungen durchgeführt: frischen ZE 20 von der Baustelle geholt, zwei Estrichmörtel mit unterschiedlichen Zementen im Labor hergestellt und zusätzlich zwei Fertigmischungen, ein ZE 30 und einen CSFE in AE 20-Qualität.
Vergleiche gestalten sich vor allem bei Zementestrichen schwierig
Während Schnell ein Bindemittel-Zuschlag-Verhältnis von 1:5 angibt, haben wir für die beiden "Labormörtel" ein Verhältnis von 1:6,2 gewählt. Die Herstellung der Probekörper erfolgte durch Verfüllen der Mörtel in PP-Becher - in drei oder vier Lagen zu 4 bzw. 6 cm Höhe. Die einzelnen Lagen wurden mit wasserdurchlässigem Papier getrennt. Nach einer gewissen Zeit konnte man die Schichten bequem voneinander trennen und hatte damit unterschiedlich alte und unterschiedlich feuchte Proben für die Analyse. Die Proben wurden durchgehend bei 23 C u. 50 % rel. Luftfeuchte gelagert und schließlich jeweils drei vergleichende Prüfungenverfahren unterzogen:
- einer CM-Messung
- unterschiedlichen Darrprüfungen bei 105 (ZE) und 40 (AE) C sowie in einigen Fällen auch "Trocknungen" bei 23 C / 50 % rel. Luftfeuchte
- einer Messung der korrespondierenden rel. Luftfeuchte bei 24 C (+/- 1 C), bei der ein Teil des zerschlagenen Prüfgutes von der CM-Messungen in einem Plastikbecher mit einer Halbleiter-Luftfeuchte- und Temperatursensor geprüft wurde
Schon der erste Versuch mit einer Fertigmischung für einen ZE 30 zeigte erhebliche Abweichungen: Vergleicht man die Darrwerte mit denen von Schnell, passt das alles relativ schlecht zusammen. Tröstlich ist der Umstand, dass die CM-Messung beim Unterschreiten von 2,0 CM-% tatsächlichen einen trockenen Estrich angezeigt hätte, da auch die Luftfeuchte dort unter 65 % lag.
Diese Abweichungen lieferten den Grund, anschließend auch "Standard-Rezepturen" zu untersuchen. Die Ergebnisse: Die Werte korrelierten unabhängig vom Alter, der Zementsorte und auch vom Herstellungsort auf den ersten Blick gut. Die Darrwerte lagen diesmal aber weit unter den Sorptionsisothermen von Schnell. Problematisch war dabei, dass der als "trocken" geltende CM-Wert von 2,0 % einer relativen Luftfeuchte von 80 % entsprach und damit eher als "nass" zu bezeichnen ist.
Ursache: Zement als wesentlicher Wasserspeicher
Der Grund für die Abweichung liegt mit großer Wahrscheinlichkeit im geringeren Zementanteil der Rezepturen. Das bedeutet: Da der wesentliche Wasserspeicher bei einem ZE der Zement ist, muss auch die CM- und Darrfeuchte wesentlich vom Zementgehalt abhängen. Wie groß der Einfluss der Zementart ist, lässt sich aber kaum sagen. Denn nach dem BEB Merkblatt "Hinweise zur Auswahl von Zementen für die Estrichherstellung im Wohnungs- und Verwaltungsbau" vom Sept. 2002 kann der Estrichleger aus 27 Zementsorten auswählen, wovon laut dem Merkblatt 7 "gebräuchlich" sind. Die große Bindemittelvielfalt macht Pauschalaussagen praktisch unmöglich.
Anders als bei den ZE-Fertigmischungen waren die Ergebnisse der CSFE-Mischung relativ gut mit den Werten von Schnell vergleichbar. Der Grund für die bessere Übereinstimmung dürfte darin liegen, dass hier das Bindemittel für die Sorption im chemischen Sinn keine Rolle spielt.
Fazit: Richtige Interpretation erfordert viel Know-how
Kommen wir zurück zu dem Beispielfall aus der Praxis vom Anfang: Der Parkettleger hatte uns per Post einige Proben geschickt. Unsere Messungen an Proben aus der unteren Estrichhälfte ergaben folgende Werte:
- 0,75 CM-% (10 min)
- 0,85 CM-% (20 min)
- 0,89 Darr-% (40 C), ein Wert der sehr gut zur CM-Messung passt
- 6,88 Darr-% (105 C)
- 93,15 % r. LF (25 C)
Insbesondere der Wert der relative Luftfeuchte macht deutlich, dass ein nasser Estrich vorlag, wie auch der eingetretene Schaden bestätigte. Hätte der Parkettleger ein wenig seines für die CM-Messungen herausgeschlagenen Estrichs für eine Luftfeuchtemessung verwendet - z.B. in einem Plastikbeutel - hätte er sofort gewusst, dass ein CSFE vorliegen muss und auf keinen Fall der aufgrund der Optik vermutete ZE. Dann wäre also auch eine korrekte Interpretation des CM-Messergebnisses möglich und der Schaden vermeidbar gewesen.
Für die Bewertung der CM-Messung lässt sich damit zusammenfassend feststellen:
- CM-Messungen können nur dann eine Aussage zur Belegereife eines Estrichs machen, wenn der spezifische Grenzwert für diesen Estrich bekannt ist.
- Bei Zementestrichen ist aufgrund von unterschiedlichen Zusammensetzungen die Aussagekraft der CM-Messung deutlich eingeschränkt.
- Messungen der korrespondierenden Luftfeuchte können bei unbekannten oder zweifelhaften Estrichmaterialien eine Einstufung als "feucht" oder "trocken" deutlich erleichtern.
- Wie bei allen anderen Prüfungen auch, braucht man für eine korrekte CM-Messung einiges an Erfahrung und ggf. Schulung. aus FussbodenTechnik 03/03 (Bodenbeläge)