Interessante Fallbeispiele und Grundsatzartikel

Beschichtungen in Laborräumen - Schadensbild, Ursache, Sanierung

aus der Fachzeitschrift "industrieBAU" 01/2000

Es ist keine Seltenheit, dass einige Räume nach der Übergabe eines Neubaus anders genutzt werden, als während Planung und Bau vorgesehen war. Im nachfolgend beschriebenen Beispiel verursachte dies - zusammen mit einer unzureichenden Untergrundvorbereitung - erhebliche Schäden an der Kunststoffbeschichtung.

Bild 1: In dem Labor für Radiohydrologie werden schwach radioaktive Substanzen und flüssiger Stickstoff (Temperatur -193° C) eingesetzt.
Bild 1: In dem Labor für Radiohydrologie werden schwach radioaktive Substanzen und flüssiger Stickstoff (Temperatur -193° C) eingesetzt.

Fußbodenkonstruktionen sind unterschiedlichsten Anforderungen ausgesetzt.

Von normaler Beanspruchung über intensive Nutzung und Frequentierung

  • im Handel (z.B. durch Laufkundschaft in Kaufhäusern und Ladenlokalen),
  • in Lagerräumen (z.B. kollernde Lasten, sowie Dreh-, Schub- und Walkbewegungen von Handhubwagen),
  • in Gewerbebetrieben (z.B. Beaufschlagung von Ölen, Fetten und anderen wassergefährdenden Substanzen) bis hin zu besonderen
  • mechanischen und chemisch- physikalischen Belastungen im lndustriebereich (Flurförderzeuge mit hohen Radpresslasten u.a.).

Immer wieder auftretende Schäden an Fußbodenkonstruktionen, Kunstharzbeschichtungen und Bodenbelägen zeigen, dass sich Planer, Handwerker, Hersteller und Bauherren bzw. Nutzer in Zukunft mehr - und vor allen Dingen frühzeitig - Gedanken darüber machen sollten, welchen Beanspruchungen und Belastungen der Fußboden widerstehen soll. Denn zeigt eine Beschichtung oder ein Belag Schäden, müssen mit viel Aufwand

  • der vorhandene Oberboden entfernt,
  • der Untergrund mechanisch vorbereitet und
  • die Estrichkonstruktion durch Ausgleichs- spachtelungen vorbehandelt werden,

bevor wieder ein verlegereifer Untergrund hergestellt worden ist. Erst dann kann die neue Beschichtung oder der neue Belag aufgebracht werden.
Die Praxis zeigt, dass von den am Bau beteiligten Parteien sowohl die spätere Nutzung als auch die Bedingungen für die ordnungsgemäße Herstellung nicht immer genügend beachtet werden. Neben Ausschreibungen, die nicht sorgfältig auf die zu erwartenden Beanspruchungen abgestimmt wurden, sind die Fußbodenarbeiten weiterhin die ungeliebten Stiefkinder auf der Baustelle: Häufig müssen Beläge und Beschichtungen unter den widrigsten Bedingungen verarbeitet werden, wobei nicht selten andere Gewerke den Fußboden schon betreten, wenn er noch gar nicht abnahmefähig fertig gestellt worden ist. Der nachfolgend vorgestellte Schadensfall macht deutlich, wie verheerend sich beispielsweise eine Nutzungsänderung auswirken kann.

Bild 2: Die Schadensbilder zeigten Verunreinigungen und Risse, ...
Bild 2: Die Schadensbilder zeigten Verunreinigungen und Risse, ...
Bild 3: ... schollenartige Risse und ...
Bild 3: ... schollenartige Risse und ...
Bild 4: ...wurmartige Vertiefungen mit Mikrorissen
Bild 4: ...wurmartige Vertiefungen mit Mikrorissen
Bild 5: Hohlkehlen waren nicht fachgerecht hergestellt worden.
Bild 5: Hohlkehlen waren nicht fachgerecht hergestellt worden.
Bild 6: An der Treppe zeigten sich punktartige Erhöhungen und partielle Harz- Volumenkonzentration.
Bild 6: An der Treppe zeigten sich punktartige Erhöhungen und partielle Harz- Volumenkonzentration.

In Laborräumen traten kurze Zeit nach der Übergabe Risse und Fehlstellen auf

In einem wissenschaftlichen Institut wurde im Kellergeschoss nachfolgende Fußbodenkonstruktion hergestellt:

  • erdreichangrenzende Rohbetondecke
  • zementärer Verbundestrich
  • Feuchtigkeits- abdichtung (DIN 18195) als Trennschicht
  • Zementestrich- konstruktion auf Trennlage.

Der Bauablauf wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren zunächst verzögert, die Oberbodenarbeiten nicht weitergeführt. Da im Kellergeschoss Laborräume eingerichtet werden sollten, hatte sich der planende Architekt für eine zweikomponentige Kunstharzbeschichtung entschieden. Der Auftragnehmer führte die Beschichtung analog der Ausschreibung mit einer Iösemittelfreien zweikomponentigen Epoxidharzbeschichtung aus. Als das Gebäude seiner Nutzung übergeben wurde, waren die ursprünglich vorgesehenen Nutzungen verändert worden und in den Räumen wurde ein Labor für Rohstoff- und Umweltgeologie eingerichtet (Bild 1). Schon nach kurzer Zeit traten an der Kunstharzbeschichtung Risse und kleinere Fehlstellen auf. Trotz Nachbesserungen durch den Auftragnehmer entstanden weitere Schäden in so erheblichem Umfang, dass der Bauherr ein Gutachten beauftragte.
Fußböden und Kunstharzbeschichtungen wurden vor Ort mikroskopisch, mit Stempelhaftzugprüfungen nach DIN ISO 4624 sowie im Prüflabor und Technikum untersucht. Folgende Schadensbilder (Bild 2 bis 4) waren festzustellen:

Labor A:

  • krakeléeartige Rissbildungen und Rissmarkierungen,
  • partiell schuppenartige Abplatzungen und Enthaftungen,
  • Oberflächenstörungen in Form von Einschnürungen, Kräuselungen sowie wurmartige Vertiefungen mit beginnenden Mikrorissen und
  • umlaufend zu den Wänden war keine Hohlkehle vorhanden.

Im Labor A wurde die Kunstharzbeschichtungs- ebene vor allem mittels Tischlaborwagen (50 kg Nutzlast, bestückt mit Gummilenkrollen) und das Laborpersonal genutzt und frequentiert.

Labor B:

  • uneinheitliches, unregelmäßiges Erscheinungsbild,
  • kreisrunde, punktartige Vertiefungen,
  • unterschiedlicher Glanzgrad,
  • partiell Kratzer und Schmutzanhaftungen,
  • die Hohlkehle war wellig mit unterschiedlichen Radien, partiell Flankenabrisse und zum Teil Rissbildungen (Bild 5).

Auf den Tritt- und Setzstufen der Treppe waren partielle Harz- Volumenkonzentrationen, unsaubere Verarbeitung, tropfenartige Erscheinungsbilder und punktartige Erhöhungen sowie Schmutzanhaftungen zu konstatieren (Bild 6).

Bild 7: Abplatzungen der Kunstharzbeschichtungen führten zu unfallträchtigen Vertiefungen.
Bild 7: Abplatzungen der Kunstharzbeschichtungen führten zu unfallträchtigen Vertiefungen.

Flüssiger Stickstoff belastete die Kunstharzbeschichtung


In dem Radiohydrologielabor wird mit schwach radioaktiven Substanzen umgegangen, weshalb die Kunstharzbeschichtung dekontaminierbar sein muss. Der TÜV fordert die Einhaltung von Stufe C der Strahlenschutzverordnung.

Die klimatischen Bedingungen werden wegen der Labortätigkeiten nach DIN 50014 (Normalklima) konstant eingehalten. Es ist festzustellen, dass in Labor A wegen spezieller Tätigkeiten flüssiger Stickstoff eingesetzt wird. Reinigung und Pflege des Fußbodens werden mit üblichen Reinigungsmitteln vom Reinigungspersonal vorgenommen.
Im Rahmen der Bestandsaufnahme konnte festgestellt werden, dass aus Vorratsbehältern ohne Auffangwannen temporär und partiell flüssiger Stickstoff (T= -193° C) durch Umfüllen auf die Oberfläche des Fußbodens gelangt.
Zwar wird der flüssige Stickstoff durch die Raumtemperatur von +20° C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% sofort erwärmt, dennoch wurde die Kunstharzbeschichtung an der Oberfläche schockartig im Tieftemperaturbereich mit dem flüssigen Stickstoff belastet.

Die Nutzungs- und Gebrauchstüchtigkeit der Kunstharzbeschichtung war nicht mehr gegeben. Auf Grund von Fehlstellen, Enthaftungen und Abplatzungen lag die mineralische Estrichkonstruktion partiell ohne Kunstharzbeschichtung vor - die notwendige Hygiene und Prophylaxe im Sinne der geforderten Dekontaminierbarkeit waren daher erheblich eingeschränkt bzw. nicht gegeben.
Die schollenartigen Abplatzungen und Enthaftungen der Kunstharzbeschichtungs- ebene führten zu Vertiefungen, die eine Stolper- und Unfallgefahr darstellten (Bild 7). Auch eine erschütterungsfreie Frequentierung derartiger Problemzonen mit beladenen Tischlaborwagen u.ä. Flurförderzeugen war nicht mehr möglich.

Bild 8: Die Stempelhaftzugprüfung ergab tiefe Ausbruchzonen im Estrich.
Bild 8: Die Stempelhaftzugprüfung ergab tiefe Ausbruchzonen im Estrich.

Unzureichende Untergrundvorbereitung und Überbeanspruchung schädigten den Boden

Die Ursachen für Enthaftungen und Abplatzungen lagen zum einen in einer unzureichenden Untergrundvorbereitung, da der Verarbeiter die Estrichoberfläche weder durch Kugelstrahlen noch durch andere Maßnahmen mechanisch vorbehandelt hat. Sichtbar wurde dies durch die glatte Estrichoberfläche im Bereich der Fehlstellen.
Zum anderen zeigten die Laboruntersuchungen, dass die gefundenen Oberflächenstörungen der Kunstharzbeschichtung auf eine unzulässige Verdünnung der an sich lösemittelfreien Material- und Werkstoffsysteme zurückzuführen sind. In den Beschichtungsproben konnten analytisch eindeutig Lösemittelanteile nachgewiesen werden, welche im Lieferzustand der Kunstharzmaterialien herstellungsbedingt nicht enthalten sind. Diese beiden Sachverhalte begründeten handwerkliche Fehlleistungen.
Der Betreiber bzw. Nutzer hat durch das Umfüllen von flüssigem Stickstoff ohne Auffangschalen dazu beigetragen, dass die Kunstharzbeschichtung teilweise einer überproportionalen chemisch-physikalischen Beanspruchung unterliegt und dadurch beeinträchtigt wurde. Die erhebliche Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche Fußboden (+15° C) und flüssigem Stickstoff (-193° C) hat die Kunstharzbeschichtung beschädigt. Durch schockartige Temperaturerniedrigungen ist es zu einem temporären "Einfrierzustand" der Kunstharzbeschichtung an der oberflächennahen Randzone gekommen. Daher sind die Polymerketten unterhalb der Glasübergangstemperatur verharrt und die elastischen (z.B. rissüberbrückende) Eigenschaften der Kunstharzbeschichtung waren nicht mehr gegeben. Diese Materialbeeinträchtigung wurde durch die mechanische Beanspruchung der Oberfläche verstärkt und die Beschichtung versagte - zunächst mit Mikrorissen und Weißbruch, später mit spröden Rissbildungen und Rissmarkierungen.
Die schockartigen Temperaturschwankungen, die mit flüssigem Stickstoff hervorgerufen werden können, werden heute in bestimmten Bereichen industrieller Applikationen für Entschichtungen bzw. Entlackungen eingesetzt. Der Vorteil besteht darin, dass es sich hierbei um ein umweltfreundliches und effizientes Abbeizverfahren handelt. Die Untersuchungen haben also ergeben, dass die Schäden durch handwerkliche Fehlleistungen und anwendungstechnologische Problemstellungen in Überlagerung mit einer partiellen, überproportionalen, chemisch-physikalischen Beanspruchung der Kunstharzbeschichtung durch vagabundierende Stickstoffgase des Betreibers hervorgerufen wurden.

Die neue Kunstharzbeschichtung musste ein Prüfzeugnis für Dekontaminierbarkeit besitzen

Die grundlegende Sanierung der Kunstharzbeschichtung erforderte folgende Arbeitsgänge:

  • Entfernen der schadhaften Kunstharz- beschichtung,
  • mechanische Untergrundvorbe- handlung der Estrichkonstruktion bis auf den festen Kern (Abreißfestigkeit durch Stempelhaftzug- prüfungen > 1,5 N/qmm),
  • Hohlleger und Hohlstellen der Estrichkonstruktion aufstemmen und mit mineralischem und/oder kunstharzgebundenem Reparaturmörtel auffüllen,
  • vollflächige Kratzspachtelung aus lösemittelfreiem zweikomponentigen Epoxid-Flüssigharz, unpigmentiert, mit Zugabe von Quarzsand nach Herstellervorgabe und vollsattes Abstreuen in der Frischphase mit feuergetrocknetem Quarzsand,
  • Ausbildung einer umlaufenden Hohlkehle unter Verwendung von 2K- Reaktionsharzmörtel mit Stellmittelzugabe,
  • vollflächige Grundbeschichtung mit lösemittelfreiem 2K-EP- Flüssigharz, pigmentiert,
  • vollflächige Deckbeschichtung aus gleichem Bindemittel als Fließspachtelung, pigmentiert unter Beimischung von Quarzsand (Körnung 0,1-0,4 mm).

Estrichrisse, die durch die mechanische Untergrundvorbehandlung entstanden, wurden kraftschlüssig mit 2K-Reaktionsharz geschlossen (Abstreuen in der Frischphase). Bewegungs- und Trennfugen wurden nach DIN 18540 und IVD-Merkblatt Nr. 1 behandelt bzw. mit Profilen deckungsgleich in die Kunstharzbeschichtung übernommen. Die Bodenabläufe wurden im Umfassungsbereich angrenzend zur Kunstharzbeschichtung elastisch abgedichtet, um Fugenflankenabrisse und Hinterfeuchtungen zu vermeiden. An anderen Systemdurchdringungen und Randfugen (z.B. Raumfugen angrenzender Wandbildner und Säulen) wurden diese Fugen mit geschlossenzelligem Schaumstoff hinterfüllt und elastisch abgedichtet. Wegen der Forderung nach Dekontaminierbarkeit musste die Kunstharzbeschichtung einerseits erhöhten Anforderungen an die Ebenheit - mit geringem Gefälle im Bereich der Bodenabläufe - genügen und die Oberfläche andererseits ohne Struktur, d.h. glatt hergestellt werden. Die Abfüllbehälter chemischer Stoffe und Zubereitungen (z.B. Stickstoff) wurden mit entsprechenden Auffangwannen und Behältern versehen, um eine Kontamination der Fußbodenoberfläche zu verhindern. Die Nutzer wurden darauf hingewiesen, dass die Lenk- und Laufrollen von Flurförderzeugen nicht hart oder scharfkantig beschaffen sein dürfen, damit die Oberfläche der Kunstharzbeschichtung nutzungsbedingt nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Die zur Herstellung der neuen Kunstharzbeschichtung verwendeten Material- und Werkstoffsysteme mussten ein Prüfzeugnis für Dekontaminierbarkeit besitzen und den aus der Strahlenschutzverordnung resultierenden Anforderungen gerecht werden. Weiterhin waren die Vorschriften der Berufsgenossenschaft und Arbeitssicherheit zu berücksichtigen. Das Gutachten wies darauf hin, dass für den Fall, dass neben Stickstoff künftig auch Lösemittel in den Laborräumen verwendet werden sollten, die neue Kunstharzbeschichtung dann auch ableitfähig hergestellt werden muss.

 

Kriterien für Beschichtungen und Beläge

So wie sich Bauvorhaben voneinander unterscheiden, so differenziert muss man auch Fußbodenkonstruktionen hinsichtlich ihrer Nutzung und Frequentierung sowie zu erwartender Beanspruchung betrachten. Daraus folgt, dass man Beschichtungen und Bodenbeläge für Gewerbe- und Industriefußböden nach folgenden grundsätzlichen Überlegungen hinsichtlich ihrer technisch zugesicherten Eigenschaften auswählen muss:

  • Art und Beschaffenheit vorhandener (Estrich-) Untergründe,
  • Eigenschaften der Untergründe, Oberflächenfestigkeit, Risse, Rauigkeit, etc.
  • zu erwartende Nutzung und Frequentierung (Mitarbeiter, Bewohner, Kunden, Bürodrehstühle, Handhubwagen, Gabelstapler, u.a.)
  • chemische Beanspruchung (produktionsbedingte Beaufschlagungen flüssiger Medien), d.h., ggf. Dichtigkeit gegenüber Medien (WHG),
  • rissüberbrückende Eigenschaften und Befahrbarkeit,
  • elektrische Ableitfähigkeit,
  • gute Reinigungsfähigkeit,
  • hygienische Anforderungen,
  • Dekontaminierbarkeit,
  • Tritt- und Begehsicherheit (Arbeitssicherheit, Berufsgenossenschaft) und nicht zuletzt
  • dekorative Oberfläche (CI-Gedanke)

    

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