Instandsetzung Betonbauteile

Stahlbeton kann in fast beliebiger Form hergestellt werden und ermöglicht damit bisher nicht realisierbare Architektur.

Ermöglicht wird das durch die Zusammenführung von Beton und Stahl. Beide Materialien verfügen über sehr ähnliche Eigenschaften hinsichtlich der Ausdehnungskoeffizienten. Zudem fungiert der Beton als Korrosionsschutz für den Stahl aufgrund seiner Alkalität. Bei einem pH-Wert des Betons von >12,5 bildet sich auf der Stahloberfläche eine passivierende Schicht, die den Stahl vor Korrosion schützt.

Aber Beton ist ein chemisch instabiler Baustoff. Durch unterschiedliche Einflüsse wie z.B. Feuchtigkeit in Form von Niederschlag oder Luftschadstoffe wird die Beständigkeit des Betons nachteilig verändert. Durch Kohlendioxid in der Luft und Wasser als Transportmittel erfolgt eine chemische Umwandlung, die die alkalischen Bestandteile des Zementsteines in Calciumcarbonat umwandeln. Dadurch sinkt der pH-Wert im Laufe der Nutzung auf <10. Diesen chemischen Prozess nennt man Karbonatisierung. Karbonatisiert der Beton bis auf die Ebene des Bewehrungsstahls, erfolgt der Verlust der Passivierungsschicht, der Bewehrungsstahl rostet. Sichtbar wird diese Korrosionsbildung im Beton an der Betonoberfläche durch Risse, Rostfahnen oder Abplatzungen. Durch den Rost und der damit einhergehenden Volumenzunahme um etwa das 2,5-fache, entstehen rund um den Stahl Spannungen im Betongefüge, die die oben genannten Schadensbilder verursachen. Im Laufe der Zeit kann die Standsicherheit des Bauteils, wenn nicht sogar des gesamten Gebäudes gefährdet sein. Instandsetzungsprinzipien

Um die Anforderungen an die Qualität von Betoninstandsetzungsmaßnahmen zu erfüllen, wurden verbindliche Regelwerke eingeführt. Für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen gilt in Deutschland die DAfStB-Richtlinie (Instandsetzungsrichtlinie Ausgabe Oktober 2001), nachdem sie bauaufsichtlich in die Landesbauordnungen eingeführt wurde. Die Instandsetzungsrichtlinie definiert verschiedene Grundsatzlösungen für Betoninstandsetzungsmaßnahmen.

· Das Instandsetzungsprinzip R hat zum Ziel, die Passivschicht auf der Betonstahloberfläche durch zementgebundene Stoffe wieder herzustellen. Unterschieden wird das Instandsetzungsprinzip nach den Verfahren R 1 – Realkalisierung mit alkalischem Beton in flächigem Auftrag und R 2 – örtliche Ausbesserung mit alkalischem Beton.

· Das Instandsetzungsprinzip W (Korrosionsschutz durch Begrenzung des Wassergehaltes im Beton) beruht darauf, dass neben der örtlichen Ausbesserung mit alkalischen Mörteln ein zusätzliches Oberflächenschutzsystem als Beschichtung eingesetzt wird. Durch diese Maßnahme wird der Wassergehalt im Beton reduziert und ein Fortschreiten der Korrosion behindert. Anforderungen an die Mindestbetonüberdeckung bestehen bei der Anwendung dieses Instandsetzungsprinzips nicht.

· Bei dem Instandsetzungsprinzip C wird die Bewehrung beschichtet, um die aniodische Auflösungen der Stahloberfläche zu verhindern. Dieses Prinzip findet seine Anwendung, wenn keine dauerhafte Repassivierung durch Instandsetzungsmörtel sichergestellt werden kann oder die Betondeckung nach der Instandsetzung unter 10 mm beträgt.

· Bei dem Instandsetzungsprinzip K wird die Bewehrung über Inert-Anoden mit Fremdstrom beaufschlagt. Alternativ werden im Bauteil auch Opferanoden angeordnet. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die gesamte Bewehrung kathodisch wirkt und dadurch die Korrosion verhindert.

Eine Kombination der Grundsatzlö-sungen/Instandsetzungsprinzipien ist möglich, jedoch ist darauf zu achten, dass mindestens ein Instandsetzungsprinzip vollständig ausgeführt wird.

Materialien ohne entsprechenden Eignungsnachweis dürfen gemäß DAfStB-Richtlinie nicht für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen eingesetzt werden. Außerdem ist bei der Betoninstandsetzung die ATV DIN 18349 „Betonerhaltungsarbeiten” allgemein zu beachten. Diese Regel-werke stellen verpflichtende Anforderungen an Bauherr, Planer und Ausführende, um definierte Qualitätsstandards bei der Betoninstandsetzung zu erfüllen.

Die Basis für eine erfolgreiche Betonsanierung ist eine gründliche und fundierte Schadensanalyse und die Auswahl der richtigen Instandsetzungsmaßnahme. Verschiedene Prüfungen werden auf der Baustelle durchgeführt und sichtbare Fehlstellen kartiert. Die Schadensanalyse wird durch verschiedene messtechnische Prüfungen auf der Baustelle ergänzt.

Geprüft werden z. B.:

· die Karbonatisierungstiefe mittels Phenolphtalein-Indikatorlösung. Mittels der aufgesprühten Lösung in frisch hergestellten Kontrollöffnungen wird die Restalkalität des Betons bestimmt. Bei einer Violettfärbung des Betons verfügt der Beton über eine ausreichende Alkalität (> pH 10). Erfolgt kein Farbumschlag, ist der Beton karbonatisiert und die Alkalität ist < pH 10. Der Schutz der Bewehrung fehlt. · die Druckfestigkeit des Betons. Mithilfe des Rückprallhammers (Schmidt’sche Hammer) wird eine orientierende Bestimmung der Druckfestigkeit durchgeführt. Es können auch Bohrkerne auf der Baustelle genommen und im Labor geprüft werden. · die Haftzugfestigkeit des Betons. Mit der Haftzugfestigkeitsprüfung wird die Betonqualität festgestellt. In der Regel liegt der Anforderungswert bei > 1,5 N/mm² im Mittel. Der kleinste Einzelwert darf 1,0 N/mm² nicht unterschreiten. Diese Prüfung wird an bereits mechanisch vorbereiteten Untergrundflächen durchgeführt, an denen bauseits vorhandene mürbe, sandende und nicht tragfähige Betonschichten entfernt wurden.

· das Vorhandensein von Rissen und Hohlstellen

· die Lage der Bewehrungsstähle und deren Betonüberdeckung

· die Saugfähigkeit/das Saugverhalten des Betons/Ermittlung des Wasseraufnahmekoeffizienten.

Sanierung

An Ausbruch- und Schadstellen muss der karbonatisierte Beton bis zum gesunden, alkalischen Beton abgetragen werden. Hierbei ist besonders zu beachten, dass durch das Abtragen des Schadbetons das Gefüge zwischen dem restlichen Beton und der Bewehrung nicht zerstört wird. Randzonen der Ausbruchstellen sollten im Winkel von 45–60° abgeschrägt sein. Danach wird der verrostete Bewehrungsstahl entrostet und muss nach Abschluss der Maßnahme den Reinheitsgrad SA 2 ½ (metallisch blank) erfüllen. Ist der Stahl jedoch bereits soweit korrodiert, sodass er seine statische Funktion nicht mehr erfüllt, muss er bauseits ersetzt werden. Direkt nach dem Entrosten ist der Bewehrungsstahl mit einem mineralischen Korrosionsschutz schützend 2-fach zu beschichten.

Anschließend werden die Ausbruchstellen im Beton mit geeigneten und nach den Regelwerken geprüften Betoninstandsetzungsmörteln reprofiliert. Hierbei ist zu beachten, dass der Bestandsbeton gründlich vorgenässt wird, um die Saugfähigkeit herabzusetzen. Nachdem die Oberfläche mattfeucht abgetrocknet ist, wird eine mineralische Haftschlämme intensiv und gründlich in die Kontaktzone eingebürstet. In die noch frische Haftschlämme wird dann ein geprüfter Instandsetzungsmörtel zur Profilierung fest verdichtet eingebracht. Die Mörtelkonsistenz sollte nicht zu steif eingestellt sein, damit ein dichtes Mörtelgefüge mit einem hohen Karbonatisierungswiderstand erreicht wird.

Anschließend an das Instandsetzungsprinzip R, wie zuvor skizziert, kann ein Oberflächenschutz-System gemäß der Instandsetzungsrichtlinie aufgebracht werden, was dem Instandsetzungsprinzip W entspricht. Hier definiert die Instandsetzungs-Richtlinie die unterschiedlichen Oberflächenschutz-Systeme

· OS 1 (A) Hydrophobierung

· OS 2 (B) Beschichtung für nicht begeh- und befahrbare Flächen (ohne Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung)

· OS 4 (C) Beschichtung mit erhöhter Dichtheit für nicht begeh- und befahrbare Flächen (mit Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung)

· OS 5a (D II) Beschichtung mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit für nicht begeh- und

· OS 5b (D I) befahrbare Flächen (mit Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung

Fachgerechter Oberflächenschutz beginnt üblicherweise mit dem Verschluss von Poren und Lunkern. Bei intakten, porenarmen Betonbauteilen kann alternativ eine hydrophobierende Imprägnierung eingesetzt werden (OS 1 (A)). Ergänzend zu einem Oberflächenschutz-System OS 1 (A) kann auf die ausgeführte Hydrophobierung noch eine zusätzliche Betonschutzfarbe mit schadgasbremsender Wirkung gegen Schwefeldioxid und Kohlendioxid appliziert werden. Durch diese Maßnahme wird aus dem Beschichtungs-System ein OS 2 (B).

Um die wichtigsten Anforderungen an ein OS-System zu erfüllen (Schutz gegen eindringende Luftschadstoffe und Wasser bei gleichzeitiger guter Wasserdampfdiffusionsfähigkeit) kann vor der Applikation der Schutzbeschichtung eine Ausgleichsspachtelung zum Verschluss der Poren und Lunker im Beton durchgeführt werden. Auf die vollflächig ausgeführte Spachtelung kann die Betonschutzfarbe aus dem OS 2 (B) ohne zusätzliche Grundierung direkt aufgebracht werden. Wurde nur partiell eine Spachtelung ausgeführt, muss eine zusätzliche, auf die Untergrundgegebenheiten abgestimmte Grundierung eingesetzt werden. Durch die vorher ausgeführte Poren- und Lunkerspachtelung ergänzt sich das System zu einem Oberflächenschutz-System OS 4 (C).

Wird für die Spachtelung der Oberfläche wie im OS 4 (C) ausgeführt und die Schlussbeschichtung mit einer kälte-elastischen und rissüberbrückenden Betonschutzfarbe beschichtet, sind die hohen Anforderungen an ein OS 5a (D II) erfüllt. Bei dem Oberflächenschutz-System OS 5b (D I) handelt es ich im Prinzip um ein OS 5a (D II). Es ist in erster Linie ein technisch funktionales System, ohne Anforderungen an die Optik. Es eignet sich besonders für Betonbauteile an Ingenieurbauwerken, die einer direkten Wasserbelastung ausgesetzt sind. Bei einem OS 5b (D I) handelt es sich um ein Oberflächenschutz-System aus einer mineralischen Schlämme mit rissüberbrückenden Eigenschaften.