Kapillarität

Der Begriff Kapillarität beschreibt die Wesensart, die Flüssigkeiten bei Kontakt mit Kapillaren wie engen Röhren oder aber auch in festen, porigen Körpern zeigen. Abgesehen von den Schulversuchen die mittels Glasröhrchen, Strohalm oder Füller den Kapillareffekt über die Oberflächenspannung / Grenzflächen-spannung erklären, will ich mich auf das Bauwesen beschränken.
An vielen Gebäuden, Alt- wie Neubauten, sind Kapillareffekte zu beobachten. Je nach Porenaufbau können Baumaterialien in unterschiedlicher Menge/Höhe Feuchtigkeit entgegen der Schwerkraft aufnehmen / „aufsteigen“ lassen. Die Kapillarität „bestimmt“ sowohl wie schnell ein Material Wasser aufnehmen kann, dass mit anstehender Feuchtigkeit in Berührung kommt, aber auch, wie schnell es diese auch wieder abgeben kann. Anstehende Feuchtigkeit resultiert beispielsweise aus Spritzwasser, Kondenswasser, Bodenfeuchte, Regen etc.

Unterschiedliche Kapillaritäten
Unterschiedliche Materialen, Porigkeiten, zeigen auch eine unterschiedliche Feuchtigkeitsaufnahme und ein unterschiedliches „Saugverhalten“. Eine Unterbrechung eines homogenen Porengefüges (beispielsweise durch eine grobporigere Fuge) wird zum Abriss des Kapillartransportes führen.

Wasseraufnahmekoeffizient
Um die Kapillarität von Baustoffen besser differenzieren zu können, wird der Wasseraufnahmekoeffizient verwendet. Dieser beschreibt wie viel Wasser (in kg) ein Quadratmeter vollkommen trockenes Material innerhalb eines bestimmten Zeitraumes aufnehmen kann.


Unterschieden wird wie folgt:

Wasseraufnahmekoeffizient w Verhalten entgegen Wasser
in kg/(m²h0,5 )
> 2,0 stark saugend
≤ 2,0 Wasser hemmend
≤ 0,5 Wasser abweisend
≤ 0,001 wasserdicht

Im folgenden eine Übersicht über Wasseraufnahmekoeffizienten bei gebräuchlichen Baustoffen

Baustoff Rohdichte in kg/m³ Wasseraufnahmekoeffizient
Gipskartonplatten 900 35 – 70
Gipsputz 1200 40
Vollziegel 1800 20 – 30
Lehmputz 1800 30
Weißkalkputz 1200 7
Porenbeton 400 4 – 8
Kalksandstein VZ 1800 4 – 8
Kalkputz 1800 4 - 7
Kalkzementputz 1800 2 – 4
Zementputz 2100 2 – 3
Bauhölzer 600 2 - 3
Bimsbeton 600 1,5 – 2,5
Stahlbeton 2500 1,1
Mineraldämmplatte 115 0,45
Kunststoffdispersion 1400 0,05 – 0,2


Bei Baustoffen mit einem kleinen Wasseraufnahmekoeffizienten, die eine nur wenig ausgeprägte Kapillarität besitzen, ist eine hohe Wasseraufnahme erkennbar, es wir mehr Wasser kapillar transportiert.
Besitzt ein Baustoff hingegen ein ausgebildetes Kapillarsystem, z. B. mit Kapillaren unterschiedlichen Durchmessers besitzen diese Baustoffe zwar eine großes Feuchteaufnahme – aber auch ein entsprechend großes – abgabevermögen. Als Beispiel wären hier Vollziegel zu nennen.
Andere Baustoffe weisen eine eher geschlossenzellige Struktur auf, die nur wenig Kapillaren zwischen den Zellen besitzen. Diese Baustoffe – beispielsweise Gasbeton – weise eine große Feuchtigkeitsaufnahme, aber ein sehr geringes Vermögen zur Feuchtigkeitabgabe auf.
Baustoffe wie Beton weisen eine Struktur von kleinen, abgeschlossenen Kapillaren auf, die ein geringes Aufnahme- und auch Abgabevermögen besitzen.

Der kapillare Transport innerhalb eines Materials findet immer vom feuchteren hin zum trockneren Bereich statt. Während ein wirklich trockenes Material mit ausgeprägter Kapillarität viel Wasser transportieren kann tritt auch hier mit zunehmender Feuchte eine Sättigung ein und es kann immer weniger Wasser aufnehmen. In Wänden, die aus unterschiedlichen Schichten errichtet wurden, die auch eine unterschiedliche Kapillarstruktur aufweisen (z. B. Ziegel und Mörtel) wandert die Feuchtigkeit immer in Richtung der feineren Kapillarstruktur (also der höheren Wasseraufnahmefähigkeit, größerer w-Wert) Schichten mit groben Strukturen (Mörtel, kleinerer w-Wert) werden dabei von der anliegenden feineren Struktur nahezu getrocknet.

Wenn in einem Baustoff Wasserdampf ausfällt wird diese Feuchtigkeit im kapillar aufgebauten Material zur trockneren, wärmeren Seite der Wand transportiert, wo es dann wieder verdunsten kann. Eine Nässung der Wand findet nicht statt.

Die Austrocknung frisch gebauter Wände, Decken, Estriche, etc. findet auf die gleiche Weise statt: Die Feuchtigkeit wird ausschließlich über Kapillartransport zur Bauteiloberfläche transportiert, wo diese dann verdunstet.

Selbst Altbaukeller, die nicht äußerlich gegen Feuchtigkeit abgesperrt wurden, bleiben ausreichend trocken; es sei denn der Transport wird durch falsche Materialien/Maßnahmen behindert.

Behinderung des Kapillartransportes
In Kellerräumen sind immer wieder Zementputze, Fliesenbeläge, Farbbeschichtungen (auch wasserabweisend, hydrophobierend, etc), Gipskartonverkleidungen u.ä. an den Wänden zu finden, analog hierzu immer wieder die Schadensbilder von Salzausblühungen und Schimmelbefall bis hin zum Schwamm. Gleiches kann für Be- /Verkleidungen und Beschichtungen im außen liegenden Sockelbereich gelten; hier wären dicht abschließender Zementputz, absperrende Farbbeschichtungen und Verklinkerungen als Beispiele zu nennen.
Mit vorgenannten und ähnlich absperrenden Materialien wird der Kapillartransport behindert/unterbunden, denn diese innen liegenden Feuchtigkeitsperren verhindern den Transport von Feuchtigkeit zur Wandoberfläche hin. Die natürliche Verdunstung kann nicht mehr stattfinden und der Feuchtegehalt der Wand nimmt zu. Die Feuchtigkeit tritt oberhalb der absperrenden Schicht(en) zu Tage.

Die viel beschworene „Aufsteigende Feuchtigkeit“ gibt es in diesem Sinne nicht natürlich, sondern nur hausgemacht.
Das Schadensbild ist zunächst nur eine feuchte Wand, dann mit Ausblühungen und/oder Schimmel. Mit dem Wechsel der Jahreszeiten wird sich das Schadensbild aber dauerhaft verändern. Der herannahende Winter bringt fallende Temperaturen aber auch trocknere Luft mit sich.
- Ein funktionierendes Wandgefüge kann seine Feuchtigkeit an die Umgebungsluft abgeben, je nach Temperatur, Luftfeuchte und Wind in unterschiedlicher Geschwindigkeit. Wenn der Frost an den Wänden ankommt ist im funktionierenden Gefüge kein gebundenes Wasser mehr in den Kapillaren, das zu Frostschäden führen kann.
- Bei feuchten Wänden mit abgesperrten Oberflächen kann das Wasser nur schwerlich verdunsten und bei dessen Kristallisation im Frostfalle werden Putz und Anstrich auf Dauer geschädigt.

Austrocknung von genässten Wänden
Wenn beispielsweise sperrende Schichten, undichte Rohre oder ähnliche Ursachen beseitigt worden sind können feuchte Bauteile wieder abtrocknen. Wie oben beschrieben wird das Wasser in Richtung der Oberfläche geführt, wo dieses dann verdunsten kann. Ab einem bestimmten Trocknungsgrad beginnt das „verbundene Wassernetz“ im Bauteilgefüge abzureißen und einige Poren sind nicht mehr mit Wasser gefüllt. In diesem Stadium verlangsamt sich die Trocknung der Wand, da nach dem Kapillarabriss die im Bauteil befindliche Feuchte ausschließlich durch Dampfdiffusion aus dem Bauteil entweichen kann. Dies geschieht bis zum Grad einer ständig vorhandenen Restfeuchte, die in nahezu jedem Bauteil immanent vorhanden ist.
Die Trocknungsdauer ist hauptsächlich abhängig von der Stärke des Bauteils, der Ausgangsfeuchte, der Belüftung, der umgebenden Temperaturen und kann bis zu mehreren Jahren dauern.

Bei gleicher Sättigung trocknen Baustoffe mit einer stark ausgeprägten Kapillarität (Vollziegel, Lehm, etc.) weitaus schneller als Baustoffe mit niedriger Kapillarität (Beton, Dämmplatten, Kunstharzdispersionsanstriche, etc.). Das klingt nach einem klaren Pluspunkt für die Baustoffe mit der ausgeprägten Kapillarität, jedoch transportieren diese auch Bestandteile aus Luftverschmutzungen, Salze, etv. Schneller in das Bauteilinnere. Ein veranschaulichendes Beispiel sind hier ehemalige Stallungen die zu Wohngebäuden umfunktioniert wurden und die im Bauteil befindlichen Fäkalsalze mit der Feuchtigkeit an die Oberfläche transportieren.

=> weiter zu Salpeter