Hydrophobierung mineralischer Baustoffe: Silane, Siloxane und Silikonharze im Vergleich

Eine Hydrophobierung macht mineralische Baustoffe wasserabweisend, indem sie die inneren Poren- und Kapillaroberflächen belegt. Die Poren selbst bleiben offen, sodass die Diffusionsfähigkeit weitgehend erhalten bleibt. Moderne Hydrophobierungsmittel basieren auf siliziumorganischen Verbindungen und unterscheiden sich in Molekülgröße, Eindringtiefe und Reaktionsverhalten. Das Spektrum reicht von kleinen Alkoxysilanen über oligomere und polymere Alkoxysiloxane bis zu fertig vernetzten Silikonharzen und hochalkalischen Alkalisilikonaten.

Wie entsteht die wasserabweisende Schicht?

Alle Wirkstoffe auf Basis siliziumorganischer Verbindungen benötigen Feuchtigkeit für die Reaktion zum endgültigen Wirkstoff. Diese adsorbierte Feuchtigkeit ist auf jedem Baustoff in ausreichender Menge vorhanden. Nach dem Auftrag dringt das Hydrophobierungsmittel durch kapillares Saugen in die Betonrandzone oder das Gefüge von Kalksandstein, Beton oder Naturstein ein. Während des Transports reagieren die Wirkstoffe mit der vorhandenen Feuchtigkeit und bilden eine mit dem Baustoff chemisch verbundene Silikonharzschicht.

Die Silikonharzmoleküle binden sich fest an die Porenoberfläche und strecken ihre wasserabstoßenden Molekülteile – die Kohlenwasserstoffketten – in den freien Porenraum. Dadurch wird Wasser abgestoßen, während Wasserdampf weiterhin diffundieren kann. Die Atmungsaktivität des Baustoffs bleibt so gut wie unverändert erhalten.

Alkoxysilane – kleine Moleküle, tiefe Eindringung

Alkoxysilane, vereinfacht oft nur Silane genannt, sind niedermolekulare Verbindungen. Sie werden gelöst in wasserfreien Alkoholen wie Isopropanol, in aliphatischen Lösemitteln oder emulgiert in Wasser angeboten. Nach dem Auftrag reagieren sie mit Feuchtigkeit und vergrößern ihr Molekül schrittweise zum Silikonharz. Ihre geringe Molekülgröße ermöglicht eine sehr tiefe Eindringung, was bei stark belasteten Bauteilen von Vorteil ist.

Alkoxysiloxane – oligomere und polymere Varianten

Alkoxysiloxane umfassen oligomere und polymere Siloxane – Produkte mit kleinen und großen Molekülen. Sie sind gelöst in aliphatischen Lösemitteln, emulgiert in Wasser oder als Mikroemulsionskonzentrat erhältlich. Bei Silikon-Mikroemulsionskonzentraten handelt es sich um ein hundertprozentiges Silikonprodukt, das mit Wasser verdünnbar ist und dabei spontan eine Mikroemulsion bildet. Siloxane reagieren ebenfalls mit Feuchtigkeit unter Molekülvergrößerung zum Silikonharz.

Silikonharze – bereits vernetzte Polymere

Silikonharze, chemisch Alkylpolysiloxane, sind bereits fertig vernetzte Polymere. Nach dem Auftrag auf die gereinigte Oberfläche verdunstet lediglich das Lösungsmittel, und das Silikonharz lagert sich auf der Baustoffoberfläche ab. Dieser Wirkstoff ist weniger tief eindringend als Silane oder Siloxane, bietet aber eine schnelle Wirksamkeit.

Alkalisiliconate – hochalkalische Lösung mit Nebenprodukt

Alkalisiliconate sind hochalkalische Lösungen von Kaliumsiliconat. Sie reagieren nach dem Auftrag mit dem Kohlendioxid der Luft, wobei zunächst ein Silanol als Zwischenstufe entsteht, das weiter zum Silikonharz reagiert. Dabei entsteht Kaliumcarbonat als Nebenprodukt, das sich als weißer Belag auf der Oberfläche ablagern kann und speziell bei Fassaden stören würde. Angewendet werden diese Produkte vorwiegend zur werkseitigen Imprägnierung von Ziegeln, Gasbeton und ähnlichen Baustoffen sowie in Injektagemitteln für nachträgliche Horizontalsperren, meist in Kombination mit Wasserglas. Für die nachträgliche Imprägnierung von Gipskartonplatten sind diese Produkte zu empfehlen.

Eindringtiefen: Von Grundierung bis Tiefenhydrophobierung

Die erforderliche Eindringtiefe richtet sich nach der Belastung des Bauteils. Bei Fassaden, die kaum durch in Wasser gelöste Schadstoffe belastet sind, werden die Flächen nur grundiert – die Imprägnierung dringt etwa ein bis zwei Millimeter tief in den Beton ein. Sind die Bauteile einer stärkeren Belastung ausgesetzt, werden Hydrophobierungen mit einer Eindringtiefe von mehr als vier Millimetern verwendet. Ab sechs Millimetern spricht man von einer sogenannten Tiefenhydrophobierung. Sie kommt bei Flächen zum Einsatz, die der Einwirkung von Tausalzlösungen oder von Meerwasser ausgesetzt sind. Außerdem wird sie vermehrt bei der denkmalgerechten Instandsetzung von Betonbauwerken verwendet.

Vorbereitung der Oberfläche

Unabhängig von der Eindringtiefe muss die Oberfläche eines Bauteils, das im Rahmen einer Instandsetzung hydrophobiert werden soll, entsprechend analysiert und vorbereitet werden. Dazu wird zunächst die Karbonatisierungstiefe gemessen. Anschließend wird die Fläche etwa mit Druckwasser gesäubert und lose Teile entfernt. Gegebenenfalls freiliegender Bewehrungsstahl ist mit Korrosionsschutzmittel zu behandeln. Nach der Reprofilierung des Betons wird die Hydrophobierung oder Tiefenhydrophobierung aufgebracht.

Schutz vor Bewehrungskorrosion und Salzschäden

Die hohe Porosität der Betonrandzone im Vergleich zum Kernbeton sorgt dafür, dass Flüssigkeiten über die Kapillare schnell und in großer Menge in Stahlbeton-Bauteile eindringen können. Wenn mit der Feuchtigkeit zusätzlich Schadstoffe wie etwa Chloride – in der Regel aus Tausalzlösungen oder dem Meerwasser – in den Beton gelangen, hat dies eine Bewehrungskorrosion durch Lochfraß zur Folge. Auch Stoffe aus der Luft können dem Beton schaden: Kohlendioxid im Zusammenwirken mit Wasser führt zu einer Karbonatisierung des Betons, was ebenfalls eine Bewehrungskorrosion verursacht.

Durch die Hydrophobierung wird verhindert, dass neues Wasser in den Beton eindringt. Gleichzeitig kann Feuchtigkeit aus dem Betoninneren weiter entweichen, sodass die Korrosion des Bewehrungsstahls stark eingedämmt wird. Einen zusätzlichen Schutz können abschließende Versiegelungen und Beschichtungen der Fassadenoberfläche mit stabilen Harztypen bieten, die jedoch gegebenenfalls das Erscheinungsbild des Betons beeinflussen.

Weitere Anwendungen: Ziegel, Marmor, Granit

Eine Hydrophobierung wird im Regelfall zur Behandlung mineralischer Baustoffe wie Ziegel, Granit, Marmor oder Fassadenoberflächen eingesetzt. Sie verhindert das Eindringen von Wasser durch feine Risse oder Kapillarkanäle. Damit werden Frostschäden, Schadstoff- und Salzablagerungen sowie das Algen-, Flechten- und Mooswachstum reduziert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Auftragen keine Gifte oder schädlichen Inhaltsstoffe zum Einsatz kommen.

Auch im Denkmalschutz kann die Hydrophobierung zur Konservierung des Baustoffs eingesetzt werden. Damit lässt sich der Zustand eines verwitterten Denkmalgesteins bewahren und erhalten.