Grund für milliardenschwere Bauschäden aufgeklärt

Betonwände von tausenden Häusern in der irischen Grafschaft Donegal sind von Rissen durchzogen, die teure Reparaturen oder gar einen Abbruch nötig machen. Nun ist die Ursache dafür klar.

Schwer Schäden an Gebäuden führten in der irischen Grafschaft Donegal zu einem Beton-Skandal.

Foto: Empa

Seit Jahren sorgt instabiler Beton in der Grafschaft Donegal für massive Schäden an vielen Häusern, mit denen sich seit April 2016 auch eine Task Force der Regierung befasst. Seit Jahren gibt es Demonstrationen, Streit im Parlament – und die Kosten für Schäden und Entschädigungen dürften sich nach heutigem Stand auf bis zu drei Milliarden Euro belaufen.

Neue Erkenntnisse auf Fachkonferenz vorgestellt

Auf einer Fachkonferenz zu diesem heiklen Thema im irischen Letterkenny hat Andreas Leemann, Leiter der Empa-Forschungsgruppe Betontechnologie, im November einen Vortrag gehalten. Darin schilderte er Resultate von Analysen zum instabilen Beton, die zusammen mit dem Umweltforscher Paul Dunlop von der Ulster University und weiteren Fachleuten durchgeführt wurden – und widersprach einer bis dato weit verbreiteten Vermutung: Ein hoher Anteil des Minerals Glimmer, so die bisherige These, mache den Baustoff anfällig für Frostschäden, wenn seine Poren mit Wasser gefüllt sind.

Nach Ansicht der Schweizer Fachleute liegt die Ursache in einem anderen Bestandteil, den die Fachleute in Irland zuvor nicht im Visier hatten: Detaillierte Untersuchungen von Betonproben von vier betroffenen Häusern zeigten, dass ein Mineral namens Pyrrhotin aus Eisen und Schwefel im Baumaterial in großen Anteilen vorhanden ist – und offenbar eine verhängnisvolle Kaskade auslöst.

Wenn Pyrrhotin im Zementstein des Betons durch anwesenden Sauerstoff oxidiert wird, setzt dies Schwefel frei, der wiederum zur Bildung von Ettringit führt. Dieses Mineral entsteht zwar ohnehin bei der Erhärtung von Zement – doch die zusätzliche Ettringit-Bildung führt zu einer Ausdehnung, die schließlich Risse im Beton verursacht.

Wird weiterer Schwefel freigesetzt, bildet sich das Mineral Thaumasit. Dieser Prozess reduziert die Festigkeit des Betons, indem wichtige Bestandteile wie Calciumsilikathydrate auflöst werden, sodass letztlich ein Zerfall des Baustoffs droht.

Risse bis hinauf zum Dach: Ein typischer Schadensfall in der irischen Grafschaft Donegal.

Foto: Andreas Leemann/Empa

Frost als Ursache ausgeschlossen

Um die Schadensmechanismen im Inneren dieses speziellen Betons aufklären und nachzuweisen zu können, waren Materialtests, Rasterelektronenmikroskop- und Röntgenuntersuchungen sowie thermodynamische Modellierungen nötig – und zusätzlich Recherchen in meteorologischen Daten, um die gängige Theorie von Frostschäden durch zu hohen Glimmergehalt zu überprüfen.

Gegen diese Vermutung hatte schon der Augenschein vor Ort gesprochen. Typische Risse durch Kälteeinfluss verlaufen parallel zu den Wänden, während sie hier nur senkrecht in die Wände hinein verliefen – oft vom Boden bis hinauf zum Dach. In manchen Fällen hatten sie sich sogar von oben, wo der Kälteeinfluss geringer ist, nach unten fortgesetzt.

Wie sich zeigte, sprachen auch die meteorologischen Auszeichnungen klar gegen die Ursache Frost. Wetterphasen von der nötigen Kälte und Dauer, die derartige Schäden hätten auslösen können, kamen im atlantisch-geprägten Klima der Region zu selten vor, nämlich nur zwei Mal: ab Mitte Dezember 2009 und ab November 2010. Zudem zeigten sich erste Schäden bereits vor diesen Ereignissen, und bei den betroffenen Häusern ist auch in Sommermonaten eine Aufweitung der Risse festzustellen. Sie können auch Innenwände betreffen, die vor den Elementen geschützt sind.

Empa-Forscher Andreas Leemann steht den Medien in Irland Rede und Antwort zu den Forschungsresultaten der Empa.

Foto: Paul Dunlop/Ulster University

Fazit: Der Frost spielt keine oder allenfalls eine Nebenrolle bei den Betonschäden.

Grenzwerte in EU-Bauvorschriften überschritten

Doch warum wurde die neue Erklärung durch den Pyrrhotin-Gehalt und seine Folgen zuvor übersehen? Diese Möglichkeit wird laut Andreas Leemann in der betreffenden irischen Bauvorschrift IS 465 schlicht nicht berücksichtigt. Dagegen ist in der entsprechenden EU-Norm EN 12620 vorgeschrieben, dass ein eventueller Pyrrhotin-Gehalt in den Baustoffen beim Schwefelgehalt berücksichtigt werden muss. „Wir haben den Schwefelgehalt der Gesteinskörnung des Betons in Proben von vier Häusern analysiert“, sagte Leemann gegenüber der „Irish Times“, „die Werte überschritten den zulässigen EU-Grenzwert um den Faktor 4 bis 7.“

Obwohl die Empa-Fachleute Proben aus nur vier Häusern im Detail untersucht haben, liegt es nahe, dass sich die Resultate verallgemeinern lassen, denn Daten von irischen Ingenieuren aus fast 100 betroffenen Häusern zeigen, dass auch sie beachtliche Mengen an Pyrrhotin enthalten.

Abrissreif: Schäden an einem betroffenen Haus zeigen das Ausmaß der Baukrise und verdeutlichen die drohenden Kosten für ihre Behebung.

Foto: Andreas Leemann/Empa

Betroffene teils in schwierigen Situationen

Die Einsichten aus der Schweiz haben in Irland bereits ein großes Echo ausgelöst, wie Berichte im irischen Fernsehen und Radio und in Zeitungen wie der „Irish Times“ nach Angaben der Empa zeigen. Und das Thema wird auch in Zukunft viel Aufmerksamkeit bekommen, zumal das Empa-Team das Betonproblem in einem Projekt, finanziert vom irischen Staat, gemeinsam mit internationalen Partnern noch vertiefter untersuchen wird.

Bei der Fachtagung Mitte November waren auch zwei Betroffene zugegen, die von ihrer Situation berichteten. In der Kritik der Öffentlichkeit steht dabei unter anderem die Tatsache, dass ein Antrag auf staatliche Entschädigungen bisher nur für betroffene Erstwohnsitze möglich ist. Inzwischen wurde indes bekannt, dass die am stärksten betroffenen Hauseigentümer in einem ersten Schritt bis zu 20.000 Euro staatliche Unterstützung erhalten werden, etwa um auszuziehen und eine vorübergehende Bleibe zu finden oder um ihre Besitztümer einzulagern.

Gesundheitsgefahr: Schimmelbefall in einem der betroffenen Häuser infolge der Betonschäden an den Wänden.

Foto: Andreas Leemann/Empa

Über die Zustände für die Betroffenen konnte sich der Empa-Fachmann bei seinen Erkundigungen vor Ort ein Bild machen und diese fotografisch dokumentieren: durchrissene Fassaden, großflächiger abgeplatzter Putz, komplett zersetzter Beton und schwere Schimmel-Schäden. In einem der Häuser waren sie in Küche und Schlafräumen so ausgeprägt, dass die dreiköpfige Familie seit langem im Wohnzimmer übernachtet – Zustände, die man in Europa nicht erwarten würde. „Diese Menschen“, so Leemann, „leben in einer Ruine.“