Forschungsprojekt Naturstein-Bodenbeläge

Der NVS hat 2014 das Forschungsprojekt Naturstein-Bodenbeläge lanciert. Das Projekt ist über einen Zeithorizont von vier Jahren (bis Frühling / Sommer 2018) angelegt. Mitträger des Forschungsprojektes sind auch der Schweizerische Plattenverband SPVjardinsuisse und der Deutsche Naturwerkstein-Verband DNV. Im Sommer 2016 wurde die Versuchsanlage ein erstes Mal umgebaut, um zusätzliche Varianten zu testen.

Bodenbeläge aus Naturstein im Aussenbereich (und Terrassenbeläge aus Naturstein) bieten immer wieder Anlass zu Diskussionen. Im Schadenfall existieren viele Erklärungsversuche, aber eine sichere Identifikation des Schadenauslösers ist oftmals schwierig. Viele NVS-Unternehmer mussten schon feststellen: Auch wenn alles richtig gemacht ist, können Flecken und Verfärbungen auftreten. Aus diesen Gründen hat sich die Technische Kommission des NVS im Jahre 2014 entschieden, ein auf mehrere Jahre angelegtes Forschungsprojekt Naturstein-Bodenbeläge zu lancieren.

Projektbeschrieb

Der NVS simuliert in seiner Versuchsanlage im aargauischen Hunzenschwil eine teilüberdachte Terrasse (rückwändig geschlossen). Die Bodenplatte weist durchgehend ein normgerechtes Gefälle von 1.5 Prozent aus. Die Versuchsanlage ist gegen Westen ausgerichtet.

Auf drei Versuchsfeldern werden jeweils drei verschiedene Natursteine verlegt und über Monate / Jahre systematisch beobachtet. Sobald aus einer bestehenden Variation von Unterbau und Naturstein-Bodenbelag keine neuen Erkenntnisse mehr gewonnen werden können, werden weitere Naturstein- und/oder Unterbau-Varianten getestet.

Forschungsziele

Der NVS will mit diesem Forschungsprojekt Antworten auf u.a. folgende Fragen gewinnen: Welche Verlegetechnik ist wirtschaftlich? Wann sind unterseitige Entwässerungen notwendig? Dient die Drainagematte der Belüftung oder der Entwässerung? Löst eine rückseitige Beschichtung das Problem dauerhaft und welches Mittel ist das beste? U.v.m.

Konkrete Ziele des Forschungsprojektes Naturstein-Bodenbeläge sind:

  • Formulierung verbindlicher, auf den Markt ausgerichteter Angaben zur sicheren Verlegung von Naturstein im Aussenbereich (für lose und gebundene Beläge)
  • Erarbeitung von Kenngrössen zur Einschätzung des Risikos bei der Steinwahl (sicher / unsicher)
  • Formulierung technischer Vorgaben für Hilfsmittel (Beschichtungen, Drainagematten, Splitt, Bindemittel)
  • Anpassung der Norm SIA 246 «Natursteinarbeiten - Beläge, Bekleidungen und Werkstücke»
  • Erarbeitung eines neuen NVS-Merkblattes «Aussenbeläge auf Dachterrassen, Balkonen und Gartensitzplätzen» für den Ordner «Bauen mit Naturstein»
  • Generieren von Inputs für die Merkblätter der Partnerverbände und Mitträgerorganisationen

Die erste Versuchsphase (2014-2016)

Die Materialwahl in der ersten Phase des NVS-Forschungsprojektes (ab Frühjahr 2014 bis Sommer 2016) gestaltete sich wie folgt:

  • Cresciano (Tessiner Gneis)
  • Dietfurter gelb (Jura Kalkstein)
  • Padang G 654 (China Granit)

Die obengenannten Natursteinsorten wurden auf den folgenden Unterbauten verlegt:

  • Feld 1: Splitt / Fugen offen
  • Feld 2: Drainagematte - Splitt / Fugen offen
  • Feld 3: Drainmörtel - Kleber / ausgefugt

Aktuelle Versuchsanlage (2016-2018)

Im Juli 2016 wurde die erste Phase des Forschungsprojekts abgeschlossen. Die gewonnenen Ergebnisse wurden als Grundlage für die Gestaltung der zweiten Phase verwendet. Der Umbau wurde daher konzipiert, um folgende offene Fragen zu beantworten.

Die Art von Feuchtflecken, welche bei trockenen Bedingungen im unberegneten Bereich permanent vorkommen, wurde in Hunzenschwil nicht beobachtet. Diese Art von Flecken hat vermutlich ihre Ursache in Salzvorkommen oder einem ungenügenden Gefälle im Untergrund. Auf Feld 1 wurde daher eine salzige Lösung versprüht, welche die in der Literatur gemessenen Konzentrationen und Zusammensetzungen wiederspiegelt.

Biofilme und Patina bilden sich im Allgemeinen bei kontinuierlich feuchten und schattigen Bedingungen (z.B. Möbel). Auch diese Verfärbungen wurden in Hunzenschwil nicht beobachtet. Um die Entstehung von solchen Flecken zu simulieren / beschleunigen wurden Betonelemente auf Feld 2 gelegt, welche einzelne Platten beschatten.

Mögliche Lösungen zur Vermeidung von Feuchtflecken werden auf Feld 3 gestestet. Mit diesen Lösungen versucht man, den Kapillartransport von Wasser zu minimieren. Von links nach rechts werden die folgenden Aufbauten getestet:

  • Bettung: Drainagematte – Rundkies mit Trasszement – Dichtschlämme. Steinplatten: Cresciano, Dietfurter und Padang
  • Bettung: Drainagematte – Sickermörtel – Plattenkleber mit Latexmilch. Steinplatten: Cresciano, Dietfurter und Padang
  • Bettung: Splitt – Drainagematte. Steinplatten: Cresciano, Dietfurter und Padang
  • Bettung Splitt mit Hydrophobierungsmittel. Steinplatten: Cresciano, Dietfurter und Padang

Ergebnisse und Kommentar

Die beobachteten Flecken können wie folgt zusammengefasst werden:

  • Keine Feuchteflecken unter Dach, solange keine Salze besprüht werden (film 23.07.2015)
  • Im beregneten Bereich entstehen die Flecken im Allgemeinen auf den Cresciano- und auf den Padangplatten, weniger auf dem Dietfurter.
  • Im beregneten Bereich entstehen pulsierende Feuchteflecken bei losen verlegten Platten (film 23.07.2015) und hygroskopische Flecken bei gebundenen Verlegearten (film Jahr 2015)
  • Nach der Besprühung mit Salzen (Einmalig am 21.10.2016; Menge: ca. 1g Salz / m2) sind dauernde hygroskopische Flecken unter Dach entstanden (Detailaufnahmen August 2017). Im beregneten Bereich sind die Flecken pulsierend (wahrscheinlich werden die Salze durch das Regenwasser im beregneten Bereich weggewaschen)
  • Wachstum von roten Algen und schwarze Biofilme auf den Dietfurter- bzw. Cresciano-Platten, jeweils auf dem mit Salzen besprühten und auf dem mit Lichtschächten bedeckten Feld.

Erscheinungsbild der Platten 10 Monaten nach der Besprühung mit Salzen:


Kommentar

Die Anlage ist unabhängig vom Bettungstyp praktisch immer feucht. Die untenstehende Figur zeigt den Jahresdurchschnitt der Plattenfeuchte nach Felder gegliedert (01. Januar bis 31. Dezember 2015). Die angegebenen Werte stellen den Mittelwert dar; diejenigen in Klammern entsprechen dem Minimal- und dem Maximalwert. Die Mittelwerte der rel. Feuchte sind hoch (i.A. > als 80%) und liegen nahe an den Maximalwerten. Im Durchschnitt ist die Anlage somit praktisch immer feucht.

Nur in vereinzelten Fällen trocknet die Anlage aus und die rel. Feuchtigkeit der Platten zeigt ähnliche Werte wie diejenige der Luft auf. In Hunzenschwil trocknete die Anlage in Zusammenhang mit der Hitzewelle vom 24. Juni bis 17. Juli 2015. Während dieser Periode stieg die Lufttemperatur bis 35-40°C und kein Niederschlag fand statt.

Die untenstehende Figur zeigt, dass das Feuchteminimum beim Splitt und beim Splitt mit Drainagematte nach etwa einer Woche im bedeckten Bereich bzw. nach etwa zwei Wochen im beregneten Bereich erreicht wird. Dies bedeutet, dass nach einer bzw. zwei Wochen ohne Regen und bei hohen Lufttemperaturen die Terrasse ganz trocken ist.

Beim Sickermörtel wurde dieser Trend nicht beobachtet. Unter Dach nimmt die rel. Feuchte leicht ab (bis zu etwa 70%), im beregneten Bereich bleibt sie konstant bei ca. 100%. Es ist zu vermuten, dass die offenen Fugen eine wesentliche Rolle für die Trocknung der Anlage spielen. Weitere Versuche haben ebenfalls gezeigt, dass der Wassergehalt der Bettung im beregneten Bereich zwischen 0.5 und 3 l/m2 liegt. Die dauernde Feuchtigkeit und die Kapillarität der Bettung sind somit zum grossen Teil verantwortlich für die Entstehung der Feuchteflecken an den Natursteinplatten.


Einbau der Kapillarsperre zwischen Bettung und Natursteinplatte und die Verhinderung der Kapillarfeuchte

Die vier Felder auf der rechten Seite zeigen, dass die Anlage mit einer geeigneten Kapillarsperre die Anlage in 1.5 bis 4 Stunden trocknet (Photos am 19.09.2017; 1 Jahr nach der Verlegung und films vom 19.09.2017 und 08.03.2018).

Messresultate

Im Rahmen des NVS-Forschungsprojekts Naturstein-Bodenbeläge im Aussenbereich werden folgende Parameter (sowohl im überdeckten wie auch im ungedeckten Bereich) fortlaufend gemessen und aufgezeichnet:

  • Temperatur
  • relative Feuchtigkeit

Eine Wetterstation zeichnet überdies die aktuelle Wetterlage kontinuierlich auf. Das Datenmaterial wird dauernd nummerisch und tabellarisch ausgewertet.

In der deutschen Fachzeitschrift der GA LA BAU 6/2017 ist unter dem Titel «Steinschäden auf der Spur» ein Artikel über erste Zwischenergebnisse erschienen.

 

Untenstehend finden Sie die bisher veröffentlichten Berichte:

Monatsbericht Januar / Februar 2018

Monatsbericht November / Dezember 2017

Monatsbericht September / Oktober 2017

Monatsbericht Juli / August 2017

Monatsbericht Mai / Juni 2017

Monatsbericht April / Mai 2017

Monatsbericht Januar / März 2017

Monatsbericht November / Dezember 2016

Monatsbericht September / Oktober 2016

Monatsbericht Mai / Juni 2016

Monatsbericht März / April 2016