Beton, Mörtel und Estrich verändern während und nach der Verarbeitung ihr Volumen: Sie schrumpfen. Dieses Schwinden ist keine Materialschwäche, sondern Folge chemischer und physikalischer Prozesse während der Erhärtung. Unter Schwinden versteht man die Volumenverringerung von zementgebundenen Baustoffen infolge des Wasserverlusts und der Zementhydratation. Im Gegensatz zu mechanischen Verformungen durch Last entsteht Schwinden ohne äußere Krafteinwirkung. Das Material zieht sich zusammen, weil Wasser aus den Poren verdunstet oder chemisch in den Zementmatrix eingebaut wird.
Welche Mechanismen lösen Schwinden aus?
Das Schwindverhalten entsteht durch mehrere parallel ablaufende Mechanismen. Chemisches Schwinden tritt während der Zementhydratation auf: Zement reagiert mit Wasser, wobei das entstehende Zementgel weniger Volumen beansprucht als die Ausgangsstoffe. Dieser Prozess setzt im Inneren des Materials an und ist irreversibel.
Trocknungsschwinden entsteht, wenn Porenwasser aus dem verfestigten Gefüge verdunstet. Die Kapillarkräfte in den feinen Poren erzeugen Zugspannungen, die das Material zusammenziehen. Dieser Mechanismus ist besonders relevant bei Estrichen in beheizten Innenräumen, wo niedrige Luftfeuchte und Temperatur die Verdunstung beschleunigen.
Ein dritter Mechanismus ist die Karbonatisierung: Kohlendioxid aus der Luft reagiert mit Calciumhydroxid im Zementstein zu Calciumkarbonat und führt langfrisig zu Volumenveränderungen.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Laplace-Gleichung, die bislang zur Erklärung des Trocknenschwindens durch Kapillarunterdrücke herangezogen wurde, nur einen Teil des Phänomens erklärt. Experimentelle Untersuchungen an hydrophobiertem Zementstein belegen, dass der Druck in den Kapillarporen nur einen untergeordneten Einfluss auf das Schwinden hat. Vielmehr beruhen chemisches und Trocknungsschwinden wesentlich auf der komplexen Interaktion der Oberflächen der C-S-H-Phasen mit der sie umgebenden Porenlösung. Auch die Ionenkonzentration in der Porenlösung hat einen sehr großen Einfluss auf das Schwinden des Zementsteins.
Wie lässt sich Schwinden chemisch kompensieren?
Zur Kompensation des Schwindens wurden verschiedene Zusatzmittel entwickelt. Zu den einfachen handelsüblichen Schwindkompensatoren zählen Ethoxypropanol oder Neopentylglycol und deren Derivate. Allerdings weist Ethoxypropanol einen relativ niedrigen Flammpunkt von 40 °C auf und muss daher einer Gefahrenklasse zugeordnet werden. Neopentylglycol ist ein Feststoff und muss für die Anwendung stets zuerst in Lösung gebracht werden.
Eine Alternative stellen Diethylenglycolmonoalkylether mit C3- bis C5-Alkylrest dar. Diese flüssigen Zusatzmittel ergeben bereits ohne weitere Additive die optimale Wirkung zur Reduzierung des Schwindens von Mörtel oder Beton, sofern der Alkylrest 3 bis 5 Kohlenstoffatome enthält. Besonders bewährt hat sich Diethylenglycolmonobutylether. Die vorteilhafte Dosierung liegt bei 0,5 bis 2 Massenprozent bezogen auf Portlandzement.
Der entscheidende Vorteil dieser Ether liegt in ihrer flüssigen Form: Sie können direkt dem Anmachwasser zugesetzt werden, ohne dass aufwändige Homogenisierungsschritte oder Lösungsmittel erforderlich sind. Im Vergleich zu hochmolekularen Polymeren oder Dispersionspulvern, die eine Sprühtrocknung und aufwendige Verarbeitung erfordern, erlauben die niedermolekularen Ether eine einfache Dosierung direkt auf der Baustelle.
Was passiert, wenn Schwinden nicht berücksichtigt wird?
Wird das Schwindverhalten nicht berücksichtigt, entstehen Spannungen im Material. Überschreiten diese die Zugfestigkeit, bilden sich Risse. Besonders kritisch sind Zwangsbedingungen: Wenn ein Estrich fest mit angrenzenden Bauteilen verbunden ist oder keine Bewegungsfugen vorhält, kann er sich nicht frei verformen. Die Folge sind Schwindrisse, die nicht nur optisch problematisch sind, sondern auch Feuchtigkeit und Schadstoffe eindringen lassen.
In der modernen Bauchemie wird Estrich daher häufig schwimmend verlegt – das heißt, er hat keine direkte Verbindung zum angrenzenden Untergrund und den Wänden. Dieser schwimmende Aufbau wird insbesondere bei Heizestrichen eingesetzt. Die thermische Ausdehnung und Kontraktion erhöht zusätzlich die Anforderungen an die Bewegungsfugen. Eine sorgfältige Fugenplanung mit Bewegungsfugen ermöglicht kontrollierte Verformungen und teilt große Flächen in kleinere Abschnitte.
Weitere Informationen zu Schwindprozessen und deren Vermeidung finden Sie in den Artikeln Wie kontrollieren Sie Schwindmaß und Schwindausgleich bei zementgebundenen Systemen? und Schwindmaß und Schwindrissneigung bei Estrichmörteln: Ursachen, Prüfung und Minderung.
