Hafersche Wasserspiele

Versuch

Einfluss von Gefälle und Größe einer Penetration auf die Wassereindringmenge durch eine horizontale Dachhaut und im vertikalen Aufkantungsbereich

1. Versuch

  1. Grundlagen 

Grundlage der durchgeführten Untersuchung ist die Darstellung, inwiefern sich Neigungen, Lage und Größe von Penetrationen, in Dachabdichtungen auf die eindringende Wassermenge auswirken. Vor dem Hintergrund, dass die Diskussionen bezüglich gefällelosen und Dächern mit Gefälle sich auf die Dichtigkeit eines Daches auswirken, ist die Versuchsreihe gestartet worden. Dabei wurde parallel untersucht, wie sich der Durchmesser einer Penetration im Aufkantungsbereich in einer Dachhaut auf die eindringende Wassermenge auswirkt.

  • Durchführung

Es wurden zwei Versuchsaufbauten erstellt. 

  • Penetration im Aufkantungsbereich (Attika)

Eine Kunststoffwanne (1.2.1) wurde mit der Abdichtungsbahn (1.2.3) vollständig ausgekleidet. Die Auskleidung erfolgte mit einem Materialstück. Schweiß- oder Fügenähte wurden nicht ausgeführt. Die Ausbildung der Ecken erfolgt mit einer „Quetschfalte“. Die Wanne ist waagerecht ausgerichtet, sodass kein Gefälle (1.2.4) auf dem Wannenboden vorhanden war.

Bild 1.1: Versuchsaufbau für Aufkantungsmessungen

In der Mitte der Aufkantung, an der kurzen Seite des Beckens, wurden 10 mm über der horizontalen Abdichtungsebene, in der Vertikalen, die Bohrungen gemäß der Versuchsanordnung vorgenommen. Anschließend wurde das Loch wieder temporär verschlossen. 50 mm über der Bohrung wurde eine horizontale Markierung angebracht. Die Markierung stellt den Höchstwasserstand dar.

Bild 1.2: Anordnung der Penetration in der Aufkantung

Bei dem Versuch wurde der Wasserstand bis auf 5 cm über der Penetration aufgefüllt. Die temporär verschlossene Penetration wurde geöffnet und die Zeitmessung gestartet. Es wurde die Zeit gemessen die erforderlich ist, bis der Wasserstand die Unterkante der Penetration erreicht hat und kein Wasser mehr abfloss. Der Vorgang wurde je Penetration zweimal wiederholt. Bei jedem Durchgang flossen 7,776 l durch die Penetrationen.

Zeit [t] h:mm:ssBohrung [d]mm
Messung4810
t101:02:5900:09:3000:05:07
t201:02:4800:10:1300:05:15
t  Mittelwert01:02:5400:09:5200:05:11
Volumenstrom [V̇] l/h7,41747,28690,012

Tabelle 1.1: Zeitmessung vertikale Penetration

Bild 1.3: Versuchsdurchführung mit austretendem Wasser aus der Penetration.

  • Penetration in der horizontalen Abdichtungsebenen

Zum Versuchsaufbau wurde eine ebene Platte aus XPS-Dämmstoff mit den Abmaßen 0,7m x 0,625m x 0,02m mit einer hochpolymeren Abdichtungsmembrane aus PVC-P-NB—V-PG-1.5 bespannt. In der Mitte der Fläche wurden Penetrationen mit den Durchmessern 4 mm; 6 mm und 8 mm erstellt. 

Bild 1.4: Versuchsaufbau horizontale Fläche

Bei den jeweiligen Bohrdurchmessern wurden mindestens 3 Versuche mit je unterschiedlichen Neigungen von:

  1. 0%
  2. 2%

durchgeführt.

Bild 1.5: Wassertritt durch die Penetration in den Auffangbehälter.

Die Fläche wurde jeweils t = 5 Minuten mit gleichbleibender Wassermenge beaufschlagt. Während des Beaufschlagungs-Zeitraumes wurde das durch die Penetration gelangte Wasser auf der Unterseite der Konstruktion aufgefangen und gemessen. Die Messung der Wassermenge erfolgte per Wägung.

Wassermenge [V] lBohrung [d]mm
Nr.468
10,4351,3111,798
20,4881,3401,834
30,4681,1741,705
40,4781,3771,785
50,4841,3141,891
Mittelwert0,4711,3031,803
V-strom [V̇] l/h5,64715,63821,631

Tabelle 1.2: Wassermengenermittlung in l horizontale Penetration

Hieraus ergaben sich folgende Mittelwerte.

Durchflussmenge [V̇] l/h
 d = 4d = 6d = 8
Attika7,422,547,3
0% Gefälle9,718,230,7
2% Gefälle5,615,621,6

Tabelle 1.3: Durchflussmengen in l/h vertikale und horizontale Penetration

Zur Verdeutlichung der Durchflussmengen, die durch die Beaufschlagung von 6,95 l / 5 min erfolgte, ergeben sich die in der Tabelle 1.3 dargestellten Mittelwerte. Zur Verdeutlichung der Abhängigkeit zur Penetrationsgröße ist der Verlauf in Diagramm 1 dargestellt.


Diagramm 1.1: Durchflussmengen in l/h vertikale und horizontale Penetrationen

  • Ergebnis

Wie aus den vorbeschriebenen Diagrammen und Tabellen ersichtlich ist (Tabelle 1.3, Diagramm 1.1), wird, wie zu erwarten, der Durchfluss mit größerem Durchmesser der Penetration größer.

Werden die Gefällsituationen 0% und 2% je Penetrationsdurchmesser betrachtet fließen beim Penetrationsdurchmesser von 4,0 mm bei 0% Flächenneigung 9,7 l/h durch und bei 2% Gefälle 5,6 l/h ab. Das Delta beträgt demnach 4,1 l/h.

  • Fazit

Die durchgeführte Untersuchung hat gezeigt die Abweichungen zwischen gefällelosen Dächern und Dächern mit 2 % Gefälle sind folgende Werte aufweist:

Δø 4 mm = 4,1 l/h 

Δø 6 mm = 2,6 l/h 

Δø 8 mm = 9,1 l/h 

2. Versuch

Wasserunterläufigkeit von vollflächig im Verbund verschweißten oder mit Heißbitumen verklebten Polymerbitumen-Schweißbahnen oder Dachdichtungsbahnen

  1. Grundlagen

Die Fragestellung zur Untersuchung stellte sich aufgrund der Diskussionen zwischen vollflächig verschweißten Bitumenschweißbahnen und einer Teilverklebung. Sowohl für die Anwendung in den horizontalen wie auch in den vertikalen Bereichen.

  • Durchführung

Auf zwei handelsübliche Betongehwegplatte mit den Maßen 40*40*4cm wurden auf die grobe Unterseite der Platten ein Bitumenvoranstrich aufgebracht. Nach der erforderlichen Ablüftungszeit gemäß Herstellvorgaben wurde eine Bitumenschweißbahn DU G200 S4 nach DIN SPEC 20000-201 auf den abgetrockneten Voranstrich im Schweißverfahren auf die Platten aufgebracht.

Nachdem die aufgebrachte Bitumenschweißbahn abgekühlt waren wurden auf den beiden Probe IA (horizontaler Aufbau) und IB (vertikaler Aufbau) willkürlich je drei IA1 bis IA3 und zwei IB1 bis IB2 kreisförmige Öffnungen mit einem Durchmesser von d=10mm vorgenommen.


Bild 2.1: Penetration d=10mm der aufgeschweißten Bitumenbahn

Auf diese Öffnungen wurden dann je 3 Karstenschen-Prüfröhrchen mit Dichtmasse gesetzt. Für die Öffnungen IA1 bis IA3 sind senkrechte und für die Öffnungen IB1 bis IB3 90° abgewinkelte Röhren eingesetzt worden.


Bild 2.2: Karstensche-Röhren auf horizontaler Abdichtung


Bild 2.3: Karstensche-Röhren auf vertikaler Abdichtung

Die Prüfröhrchen wurden bis zur Oberkante der Markierung (0) mit Wasser gefüllt. Dabei wurde gleichzeitig eine Stoppuhr gestartet, mit der die Zeit gemessen werden soll, in der sich der Wasserstand in den Karstenschen-Prüfröhrchen verändert. Die Bobachtung erfolgt über einen Zeitraum von 60 Minuten.


Bild 2.4: Füllstand in der Karstenschen Röhre bei Versuchbeginn

  • Ergebnis

Alle Probestellen, mit Ausnahme der Stelle IA1, wiesen über den Beobachtungszeitraum von t = 60 min keinen Wasserverlust auf.

An der Stelle IA1 wurde in 10-minütigen Intervallen Wassermengen zwischen 1,5 ml und 2,4 ml nachgefüllt. Nach Ablauf der Untersuchungszeit wurde diese Stelle untersucht.


Bild 2.5: Bauteilöffnung an der Stelle IA1

Die Bitumenschweißbahn wurde an der Stelle eingeschnitten und vom Untergrund abgezogen. Dabei stellte sich heraus, dass im Bereich der Probestelle die Schweißbahn nicht vollhaftend auf dem Untergrund verschweißt gewesen ist. Bei Erweiterung der Untersuchung konnten eine zu geringe Verklebung auf einer Fläche von ca. 10 cm x 10 cm festgestellt werden. Es ist in diesen Bereich eine Wassermenge von 11,6 ml eingedrungen.


Bild 2.6: Bauteilöffnung vergrößert an der Stelle IA1

  • Fazit

Bei vollflächig aufgeschweißten Bitumen- und Polymerbitumen auf einem fachgerecht vorbereiteten Untergrund ist eine nahezu unterlaufsichere Abdichtung möglich. Treten dabei, wie auch im vorliegenden Versuch, Fehlverklebungen auf, ist eine Unterläufigkeit möglich. Hieraus resultiert die Empfehlung des Eingießen eine Dachdichtungsbahn mit Polymerbitumen da es hier einen Nachklebeeffekt gibt. 

Die Untersuchungen wurden von Herrn Sebastian Jung und Herrn Torsten Neuenhöfer durchgeführt im Labor der IB Hafer² GmbH.

Versuch

Einfluss von Gefälle und Größe einer Penetration auf die Wassereindringmenge durch eine horizontale Dachhaut und im vertikalen Aufkantungsbereich

1. Versuch

Grundlage der durchgeführten Untersuchung ist die Darstellung, inwiefern sich Neigungen, Lage und Größe von Penetrationen, in Dachabdichtungen auf die eindringende Wassermenge auswirken. Vor dem Hintergrund, dass die Diskussionen bezüglich gefällelosen und Dächern mit Gefälle sich auf die Dichtigkeit eines Daches auswirken, ist die Versuchsreihe gestartet worden. Dabei wurde parallel untersucht, wie sich der Durchmesser einer Penetration im Aufkantungsbereich in einer Dachhaut auf die eindringende Wassermenge auswirkt.

Es wurden zwei Versuchsaufbauten erstellt. 

Eine Kunststoffwanne (1.2.1) wurde mit der Abdichtungsbahn (1.2.3) vollständig ausgekleidet. Die Auskleidung erfolgte mit einem Materialstück. Schweiß- oder Fügenähte wurden nicht ausgeführt. Die Ausbildung der Ecken erfolgt mit einer „Quetschfalte“. Die Wanne ist waagerecht ausgerichtet, sodass kein Gefälle (1.2.4) auf dem Wannenboden vorhanden war.

Bild 1.1: Versuchsaufbau für Aufkantungsmessungen

In der Mitte der Aufkantung, an der kurzen Seite des Beckens, wurden 10 mm über der horizontalen Abdichtungsebene, in der Vertikalen, die Bohrungen gemäß der Versuchsanordnung vorgenommen. Anschließend wurde das Loch wieder temporär verschlossen. 50 mm über der Bohrung wurde eine horizontale Markierung angebracht. Die Markierung stellt den Höchstwasserstand dar.

Bild 1.2: Anordnung der Penetration in der Aufkantung

Bei dem Versuch wurde der Wasserstand bis auf 5 cm über der Penetration aufgefüllt. Die temporär verschlossene Penetration wurde geöffnet und die Zeitmessung gestartet. Es wurde die Zeit gemessen die erforderlich ist, bis der Wasserstand die Unterkante der Penetration erreicht hat und kein Wasser mehr abfloss. Der Vorgang wurde je Penetration zweimal wiederholt. Bei jedem Durchgang flossen 7,776 l durch die Penetrationen.

Zeit [t] h:mm:ssBohrung [d]mm
Messung4810
t101:02:5900:09:3000:05:07
t201:02:4800:10:1300:05:15
t  Mittelwert01:02:5400:09:5200:05:11
Volumenstrom [V̇] l/h7,41747,28690,012

Tabelle 1.1: Zeitmessung vertikale Penetration

Bild 1.3: Versuchsdurchführung mit austretendem Wasser aus der Penetration.

Zum Versuchsaufbau wurde eine ebene Platte aus XPS-Dämmstoff mit den Abmaßen 0,7m x 0,625m x 0,02m mit einer hochpolymeren Abdichtungsmembrane aus PVC-P-NB—V-PG-1.5 bespannt. In der Mitte der Fläche wurden Penetrationen mit den Durchmessern 4 mm; 6 mm und 8 mm erstellt. 

Bild 1.4: Versuchsaufbau horizontale Fläche

Bei den jeweiligen Bohrdurchmessern wurden mindestens 3 Versuche mit je unterschiedlichen Neigungen von:

durchgeführt.

Bild 1.5: Wassertritt durch die Penetration in den Auffangbehälter.

Die Fläche wurde jeweils t = 5 Minuten mit gleichbleibender Wassermenge beaufschlagt. Während des Beaufschlagungs-Zeitraumes wurde das durch die Penetration gelangte Wasser auf der Unterseite der Konstruktion aufgefangen und gemessen. Die Messung der Wassermenge erfolgte per Wägung.

Wassermenge [V] lBohrung [d]mm
Nr.468
10,4351,3111,798
20,4881,3401,834
30,4681,1741,705
40,4781,3771,785
50,4841,3141,891
Mittelwert0,4711,3031,803
V-strom [V̇] l/h5,64715,63821,631

Tabelle 1.2: Wassermengenermittlung in l horizontale Penetration

Hieraus ergaben sich folgende Mittelwerte.

Durchflussmenge [V̇] l/h
 d = 4d = 6d = 8
Attika7,422,547,3
0% Gefälle9,718,230,7
2% Gefälle5,615,621,6

Tabelle 1.3: Durchflussmengen in l/h vertikale und horizontale Penetration

Zur Verdeutlichung der Durchflussmengen, die durch die Beaufschlagung von 6,95 l / 5 min erfolgte, ergeben sich die in der Tabelle 1.3 dargestellten Mittelwerte. Zur Verdeutlichung der Abhängigkeit zur Penetrationsgröße ist der Verlauf in Diagramm 1 dargestellt.


Diagramm 1.1: Durchflussmengen in l/h vertikale und horizontale Penetrationen

Wie aus den vorbeschriebenen Diagrammen und Tabellen ersichtlich ist (Tabelle 1.3, Diagramm 1.1), wird, wie zu erwarten, der Durchfluss mit größerem Durchmesser der Penetration größer.

Werden die Gefällsituationen 0% und 2% je Penetrationsdurchmesser betrachtet fließen beim Penetrationsdurchmesser von 4,0 mm bei 0% Flächenneigung 9,7 l/h durch und bei 2% Gefälle 5,6 l/h ab. Das Delta beträgt demnach 4,1 l/h.

Die durchgeführte Untersuchung hat gezeigt die Abweichungen zwischen gefällelosen Dächern und Dächern mit 2 % Gefälle sind folgende Werte aufweist:

Δø 4 mm = 4,1 l/h 

Δø 6 mm = 2,6 l/h 

Δø 8 mm = 9,1 l/h 

2. Versuch

Wasserunterläufigkeit von vollflächig im Verbund verschweißten oder mit Heißbitumen verklebten Polymerbitumen-Schweißbahnen oder Dachdichtungsbahnen

Die Fragestellung zur Untersuchung stellte sich aufgrund der Diskussionen zwischen vollflächig verschweißten Bitumenschweißbahnen und einer Teilverklebung. Sowohl für die Anwendung in den horizontalen wie auch in den vertikalen Bereichen.

Auf zwei handelsübliche Betongehwegplatte mit den Maßen 40*40*4cm wurden auf die grobe Unterseite der Platten ein Bitumenvoranstrich aufgebracht. Nach der erforderlichen Ablüftungszeit gemäß Herstellvorgaben wurde eine Bitumenschweißbahn DU G200 S4 nach DIN SPEC 20000-201 auf den abgetrockneten Voranstrich im Schweißverfahren auf die Platten aufgebracht.

Nachdem die aufgebrachte Bitumenschweißbahn abgekühlt waren wurden auf den beiden Probe IA (horizontaler Aufbau) und IB (vertikaler Aufbau) willkürlich je drei IA1 bis IA3 und zwei IB1 bis IB2 kreisförmige Öffnungen mit einem Durchmesser von d=10mm vorgenommen.


Bild 2.1: Penetration d=10mm der aufgeschweißten Bitumenbahn

Auf diese Öffnungen wurden dann je 3 Karstenschen-Prüfröhrchen mit Dichtmasse gesetzt. Für die Öffnungen IA1 bis IA3 sind senkrechte und für die Öffnungen IB1 bis IB3 90° abgewinkelte Röhren eingesetzt worden.


Bild 2.2: Karstensche-Röhren auf horizontaler Abdichtung


Bild 2.3: Karstensche-Röhren auf vertikaler Abdichtung

Die Prüfröhrchen wurden bis zur Oberkante der Markierung (0) mit Wasser gefüllt. Dabei wurde gleichzeitig eine Stoppuhr gestartet, mit der die Zeit gemessen werden soll, in der sich der Wasserstand in den Karstenschen-Prüfröhrchen verändert. Die Bobachtung erfolgt über einen Zeitraum von 60 Minuten.


Bild 2.4: Füllstand in der Karstenschen Röhre bei Versuchbeginn

Alle Probestellen, mit Ausnahme der Stelle IA1, wiesen über den Beobachtungszeitraum von t = 60 min keinen Wasserverlust auf.

An der Stelle IA1 wurde in 10-minütigen Intervallen Wassermengen zwischen 1,5 ml und 2,4 ml nachgefüllt. Nach Ablauf der Untersuchungszeit wurde diese Stelle untersucht.


Bild 2.5: Bauteilöffnung an der Stelle IA1

Die Bitumenschweißbahn wurde an der Stelle eingeschnitten und vom Untergrund abgezogen. Dabei stellte sich heraus, dass im Bereich der Probestelle die Schweißbahn nicht vollhaftend auf dem Untergrund verschweißt gewesen ist. Bei Erweiterung der Untersuchung konnten eine zu geringe Verklebung auf einer Fläche von ca. 10 cm x 10 cm festgestellt werden. Es ist in diesen Bereich eine Wassermenge von 11,6 ml eingedrungen.


Bild 2.6: Bauteilöffnung vergrößert an der Stelle IA1

Bei vollflächig aufgeschweißten Bitumen- und Polymerbitumen auf einem fachgerecht vorbereiteten Untergrund ist eine nahezu unterlaufsichere Abdichtung möglich. Treten dabei, wie auch im vorliegenden Versuch, Fehlverklebungen auf, ist eine Unterläufigkeit möglich. Hieraus resultiert die Empfehlung des Eingießen eine Dachdichtungsbahn mit Polymerbitumen da es hier einen Nachklebeeffekt gibt. 

Die Untersuchungen wurden von Herrn Sebastian Jung und Herrn Torsten Neuenhöfer durchgeführt im Labor der IB Hafer² GmbH.