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- Herausgeber: expert verlag
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Serie: Wissen und Praxis
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2024
Das Baustellenfachpersonal für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen wird in Deutschland seit 1985 in SIW-Lehrgängen (Schützen, Instandsetzen, Verbinden und Verstärken von Betonbauteilen), denen ein entsprechendes Handbuch zu Grunde liegt, geschult und geprüft. Auch viele Planungsingenieure und Architekten haben diese Lehrgänge besucht und verwenden das SIW-Handbuch als Arbeitsgrundlage, weil hier Grundwissen für derartige Arbeiten vermittelt wird. Die Aufgaben und Anforderungen der Instandsetzungs-Richtlinie sowie der TR Instandhaltung werden für diese Personengruppen hierbei jedoch nicht ausreichend abgedeckt. Deshalb wurde ein Weiterbildungsprogramm zum ,,Sachkundigen Planer" entwickelt, dessen Inhalt in diesem Buch wiedergegeben, ergänzt, ausgebaut und mit zahlreichen Abbildungen anschaulich gemacht wird. Hieran haben ausschließlich Sachverständige und Fachreferenten mitgewirkt, die über vieljährige Erfahrung aus Entwicklung, Planung, Praxis, Forschung und Lehre auf diesem Arbeitsgebiet verfügen.
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Seitenzahl: 1308
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Manfred Schröder und 11 Mitautoren
Instandhaltung von Stahlbeton
Anleitung zur sachkundigen Planung und Ausführung
9., überarbeitete und erweiterte Auflage
DOI: https://doi.org/10.24053/9783381128525
© 2024 · expert verlag
‒ ein Unternehmen der Narr Francke Attempto Verlag GmbH + Co. KG
Dischingerweg 5 · D-72070 Tübingen
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ISBN 978-3-8169-3519-3 (Print)
ISBN 978-3-381-12853-2 (ePub)
Inhalt
Vorwort
Gemäß der Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ (Instandsetzungs-Richtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) sowie der Technischen Regel „Instandhaltung von Betonbauwerken“ (TR Instandhaltung) des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) muss mit der Beurteilung und Planung derartiger Maßnahmen ein „Sachkundiger Planer“ beauftragt werden, der die hierfür erforderlichen Kenntnisse auf diesem Gebiet aufweist. Im Prinzip wird hiermit nichts anderes gefordert als das, was bei Planung und Betreuung anderer Gewerke für Neu-, Aus und Umbau von Bauwerken, für die besondere Kenntnisse notwendig sind, selbstverständlich und üblich ist.
Das Baustellenfachpersonal für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen wird in Deutschland seit 1985 in SIVV-Lehrgängen (Schützen, Instandsetzen, Verbinden und Verstärken von Betonbauteilen), denen ein entsprechendes Handbuch zu Grunde liegt, geschult und geprüft. Auch viele Planungsingenieure und Architekten haben diese Lehrgänge besucht und verwenden das SIVV-Handbuch als Arbeitsgrundlage, weil hier Grundwissen für derartige Arbeiten vermittelt wird. Die Aufgaben und Anforderungen der Instandsetzungs-Richtlinie sowie der TR Instandhaltung werden für diese Personengruppen hierbei jedoch nicht ausreichend abgedeckt. Deshalb wurde ein Weiterbildungsprogramm zum „Sachkundigen Planer“ entwickelt, dessen Inhalt in diesem Buch wiedergegeben, ergänzt, ausgebaut und mit zahlreichen Abbildungen anschaulich gemacht wird. Hieran haben ausschließlich Sachverständige und Fachreferenten mitgewirkt, die über vieljährige Erfahrung aus Entwicklung, Planung, Anwendung, Prüfung, Praxis, Forschung und Lehre auf diesem Arbeitsgebiet verfügen.
Ziel des Buches ist es, die erforderlichen Grundlagen und Entscheidungshilfen zu vermitteln, um Mängel und Schäden an Stahlbeton-Bauteilen zu erkennen und zu bewerten, die geeigneten Systeme und Maßnahmen für die Instandhaltung vorzusehen und Planungs- und Ausführungsfehler zu vermeiden.
Manfred Schröder
1RegelwerkeRegelwerke und ihre Bedeutung
M. Schröder
1.1Einleitung
Da der Bedarf des Einsatzes von Produkten zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen erst ab ca. 1960 Bedeutung erlangte, wurden die ersten Regeln für dieses Arbeitsgebiet von den Produktherstellern erarbeitet, bevor ab ca. 1970 auch von anderen Stellen dieses Thema aufgegriffen und entsprechende Ausarbeitungen zur Verfügung gestellt wurden. Auch die Wissenschaft begann, Vorschläge für Kennwerte und Anwendung hierfür geeigneter Baustoffe zu erarbeiten. Ab ca. 1980 existierten bereits verschiedene Merk- und Arbeitsblätter unterschiedlicher Institutionen, deren Inhalte und Aussagen in die ab 1987 erschienenen amtlichen RegelwerkeRegelwerke einflossen und zum erheblichen Teil auch heute noch Gültigkeit haben. Viele dieser Unterlagen haben, selbstverständlich inzwischen überarbeitet und aktualisiert, nach wie vor ihre Bedeutung und stellen hilfreiche Ergänzungen für bestimmte Anwendungsbereiche dar.
Die zuletzt erschienene „Technische Regel Instandhaltung von Betonbauwerken“ des Deutschen Instituts für Bautechnik soll gemeinsam mit der Instandhaltungs-Richlinie des DAfSbt maßgebend sein für Planung und Ausführung der Instandhaltung in Deutschland. Dieses mit heißer Nadel gestrickte Regelwerk weist noch einige Schwächen und MängelMängel auf und lässt auch an Übersichtlichkeit zu wünschen übrig.
1.2Historie
Neben verschiedenen Merk- und Arbeitsblättern von Vereinen, Instituten, Arbeitskreisen und Produktherstellern wurden als erstes amtliches Regelwerk für das Arbeitsgebiet „Schutz und Instandsetzung von Beton“ im Jahr 1987 die „Zusätzlichen Technischen VorschriftenVorschriften und Richtlinien für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen ZTV-SIB 87“ vom Bundesminister für Verkehr, Abteilung Straßenbau eingeführt. Obwohl es sich somit um ein Regelwerk handelte, das für IngenieurbauwerkeIngenieurbauwerke an Bundesfernstraßen vorgesehen war, nahmen PlanerPlaner auf allen Gebieten des Betonbaus die Gelegenheit gern war, dieses Regelwerk ihrer Arbeit zugrunde zu legen. Hierzu gehörten auch Technische Lieferbedingungen und Technische Prüfvorschriften für BetonersatzBetonersatz- und Oberflächenschutzsysteme.
1988 wurden vom Bundesmister für Verkehr „Zusätzliche Technische VorschriftenVorschriften und Richtlinien für das FüllenFüllen von RissenFüllen von Rissen in Betonbauteilen ZTV-RISS 88“ einschließlich Technischer Lieferbedingungen und Technischer Prüfvorschriften für FüllgutFüllgut und zugehöriges InjektionsverfahrenInjektionsverfahren herausgegeben
Bereits im Jahr 1990 erschien eine Neufassung der ZTV-SIB, nunmehr mit dem Titel „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen ZTV-SIB 90“. Wenig später wurde die „Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton“ als für alle Arten von Bauwerken geltendes Regelwerk herausgegeben und bauaufsichtlich eingeführt, so dass die Bezeichnung „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien“ nunmehr verständlich wurde und entsprechende Bedeutung erlangte.
Im Jahre 1997 erschien die erste Ausgabe der „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen für Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken ZTV-W“ ähnlich den ZTV-INGZTV-ING für den Straßenbau.
Mit der DIN EN 1504 erschien 1999 das Regelwerk „Produkte und Systeme für Schutz und Instandsetzung von Betontragwerken“, das die Produkte für dieses Arbeitsgebiet innerhalb der Europäischen Union einheitlich regeln und der CE-Kennzeichnung zugrunde liegen soll.
Im Jahr 2001 erschien eine überarbeitete Neuauflage der DAfStb-Richtlinie, jetzt auch mit dem Kurztitel „Instandsetzungs-Richtlinie“ versehen
2014 wurde der Gelbdruck einer DAfStb-Richtlinie „Instandhaltung von Betonbauteilen“ veröffentlicht, deren Weißdruck jedoch nicht erschien, so dass sie im Weiteren hier nicht berücksichtigt wird. Stattdessen erfolgte Anfang 2021 die Herausgabe der „Technischen Regel Instandhaltung von Betonbauwerken“ des Deutschen Instituts für Bautechnik, die in Verbindung mit der DAfStb-Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ gilt, insbesondere bezüglich der in der Technischen Regel nicht behandelten Sachverhalte, deren Regelungen aber ansonsten Vorrang haben.
Nachfolgend werden die RegelwerkeRegelwerke, deren Inhalte und Aussagen für die Instandhaltung von Betonbauteilen von Bedeutung sind, im Einzelnen aufgeführt und einer Betrachtung unterzogen. Darüber hinaus wird auf verschiedene Merk- und Arbeitsblätter unterschiedlicher Vereine und Institute verwiesen, die ebenfalls wichtige und hilfreiche Kenntnisse und Hinweise zu diesem Arbeitsgebiet liefern. Weitere Inhalte und Einzelheiten werden in den folgenden Kapiteln, bezogen auf die Baustoffe und deren Anwendung, berücksichtigt und weitergehend behandelt.
1.3RegelwerkeRegelwerke
1.3.1DAfStb-Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ (Instandsetzungs-Richtlinie)
Diese Richtlinie besteht aus den Teilen
Teil 1: Allgemeine Regelungen und Planungsgrundsätze
Teil 2: Bauprodukte und Anwendung
Teil 3: Anforderungen an die Betriebe und Überwachung der Ausführung
Teil 4: PrüfverfahrenPrüfverfahren
Im Teil 1 ist unter 3 „Planung 3.1 Allgemeines“ zu lesen:
(1) Mit der Beurteilung und Planung von Schutz- und InstandsetzungsarbeitenInstandsetzungsarbeiten muss ein sachkundiger PlanerPlaner beauftragt werden, der die erforderlichen besonderen Kenntnisse auf dem Gebiet von Schutz und Instandsetzung bei Betonbauwerken hat.
Damit wird zum Ausdruck gebracht, dass die Planung einer Instandsetzungsmaßnahme in gleicher Weise Kompetenz, Kenntnisse und Sorgfalt erfordert wie ein Neubau. Dementsprechend wurden seit Beginn der neunziger Jahre für Architekten und Bauingenieure geeignete Lehrgänge zur Weiterbildung angeboten, um zur Wahrnehmung solcher Aufgaben die Voraussetzungen zu schaffen. Inzwischen werden an ausgewählten Weiterbildungsstätten Zertifikatslehrgänge und Prüfungen nach der „Ausbildungs-, Prüfungs- und Weiterbildungsordnung (APWO-SKP)“ des „Ausbildungsbeirats Sachkundiger PlanerSachkundiger Planer für die Instandhaltung von Betonbauteilen beim Deutschen Institut für Prüfung und Überwachung e. V. (ABB-SKP)“ durchgeführt. Für die weitere Gültigkeit des Zertifikats muss alle 3 Jahre der Nachweis einer Weiterbildung erfolgen.
Im Teil 3 der Richtlinie wird unter 1.2.4 „BaustellenfachpersonalBaustellenfachpersonal“ gefordert:
Auf jeder Baustelle muss ein geschulter, insbesondere handwerklich ausgebildeter Fachmann des Unternehmens ständig anwesend sein, der je nach Umfang, Art und Schwierigkeitsgrad der Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme betontechnische und entsprechende andere baustofftechnische Kenntnisse, Fertigkeiten und praktische Erfahrung besitzt. Die Befähigung für Arbeiten nach dieser Richtlinie muss der Überwachungsstelle durch eine entsprechende Bescheinigung nachgewiesen werden.1
Hierbei handelt es sich um den sogenannten SIVV-ScheinSIVV-Schein (Schützen, Instandsetzen, Verbinden, VerstärkenVerstärken), der seit 1985 nach einem zweiwöchigen Lehrgang und entsprechender Prüfung an verschiedenen Ausbildungsstätten des Bauhandwerks und der Bauindustrie in der BRD erworben werden kann und für den ebenfalls alle 3 Jahre der Nachweis einer Weiterbildung erbracht werden muss. Der AusbildungsbeiratAusbildungsbeirat führt inzwischen die Bezeichnung „Schutz und Instandsetzung im Betonbau“.
In der Instandsetzungs-Richtlinie werden folgende vier Instandsetzungsprinzipien aufgeführt:
R Korrosionsschutz durch Wiederherstellung des alkalischen Milieus (Repassivierung)
W Korrosionsschutz durch Begrenzung des Wassergehaltes im Beton
C Korrosionsschutz durch Beschichtung (Coating) der Bewehrung
K Kathodischer Korrosionsschutz
Die Beschreibung dieser PrinzipienPrinzipien geht eigentlich über die Angaben in einer Richtlinie hinaus und entspricht eher einem Lehrbuch.
Im Laufe der Jahre wurde das Regelwerk durch verschiedene Ergänzungsschreiben korrigiert, ohne dass eine Neuauflage erfolgte.
Auf Einzelheiten der Planung und Ausführung gemäß den Regelwerken wird in den folgenden Kapiteln, bezogen auf die verschiedenen Gewerke, wie bereits zum Ausdruck gebracht, gezielt eingegangen.
1.3.2Technische Regel Instandhaltung von Betonbauwerken (TR Instandhaltung)
Die TR besteht vorerst aus den Teilen:
Teil 1 Anwendungsbereich und Planung der Instandhaltung
Teil 2 Merkmale von Produkten oder Systemen für die Instandsetzung und Regelungen für deren Verwendung
Das Regelwerk ersetzt weite Teile der Instandsetzungs-Richtlinie von Oktober 2001. Unter 1 „Anwendungsbereich“ ist zu lesen:
(1) Diese technische Regel gilt in Verbindung mit der DAfStb-RL SIB. In dieser technischen Regel nicht genannte Sachverhalte, die in der DAfStb-RL SIB enthalten sind, insbesondere die Regelungen in Teil 3, gelten insofern weiter. Die Regelungen der TR haben Vorrang vor der DAfStb-RL SIB.
Dieser Sachverhalt erschwert selbstverständlich die Arbeit mit diesen beiden Regelwerken. Es ist deshalb zu hoffen, dass beide RegelwerkeRegelwerke in absehbarer Zeit zusammengeführt werden.
Unter 2 „Annahmen und Voraussetzungen“ wird ausgeführt:
Diese Technische Regel setzt voraus, dass jede Instandhaltungsmaßnahme (InspektionInspektion, WartungWartung, Instandsetzung, Verbesserung) geplant wird und dass die Planung durch einen sachkundigen PlanerPlaner (SKP) durchgeführt wird und die Ausführung von Schutz- und InstandsetzungsmaßnahmenInstandsetzungsmaßnahmen nach einem InstandsetzungsplanInstandsetzungsplan durch einen SKP begleitet wird.
Unter 3 „Grundsätze für die Planung der Instandhaltung von Betonbauwerken“ ist zu lesen:
(1) Mit der Beurteilung und Planung von Instandhaltungsmaßnahmen muss ein SKP beauftragt werden, der die erforderlichen Kenntnisse hinsichtlich des Erkennens und Bewertens von Mängeln und Schäden an Betonbauwerken hat.
ANMERKUNG: Die Festlegung erforderlicher Merkmale der Instandsetzungsprodukte und -systeme erfolgt durch den SKP.
Damit gestaltet sich die Arbeit und Verantwortlichkeit des Sachkundigen Planers wesentlich umfangreicher, aufwändiger und risikoreicher als bisher.
In diesem Regelwerk wird die Klassifizierung über AltbetonklassenAltbetonklassen, die bereits aus den ZTV-W bekannt sind, in Tabelle 4 „Einordnung des Altbetons im Bereich der Instandsetzungsebene“ gegenüber DAfStb-RL SIB neu eingeführt.
6 „InstandsetzungsverfahrenInstandsetzungsverfahren“ ersetzt DAfStb-RL SIB, Teil 1, Abschnitte 5 und 6.
Unter 6.1 „Instandsetzungverfahren zum Schutz oder zur Instandsetzung von Schäden im Beton“ ist zu lesen:
(1) In Tabelle 5 sind diejenigen PrinzipienPrinzipien und Verfahren bei Schäden im BetonPrinzipienbei Schäden im Beton in Anlehnung an DIN EN 1504-9 aufgeführt, die nach dieser Technischen Regel angewendet werden dürfen. Hierbei handelt es sich um die Prinzipien
Schutz gegen das Eindringen von Stoffen
RegulierungRegulierung des Wasserhaushaltes im Beton
ReprofilierungReprofilierung und QuerschnittsergänzungQuerschnittsergänzung
VerstärkungVerstärkung des Betontragwerks
Erhöhung des physikalischen Widerstands
Erhöhung des Widerstands gegen chemischen AngriffAngriff
Unter 6.2 „Instandsetzungverfahren zum Schutz oder zur Instandsetzung von BewehrungskorrosionBewehrungskorrosion“ wird ausgeführt:
(1) In Tabelle 6 sind diejenigen PrinzipienPrinzipien und Verfahren zur vorbeugenden Abwehr von KorrosionsschädenKorrosionsschäden bzw. zur Unterdrückung bereits ablaufender Korrosionsprozesse an der Bewehrung in Anlehnung an DIN EN 1504-9 aufgeführt, die nach dieser Technischen Regel angewendet werden dürfen. Hierbei handelt es sich um die Prinzipien
Erhalt oder Wiederherstellung der PassivitätPassivität
Erhöhung des elektrischen Widerstands
Kathodischer Schutzkathodischer Korrosionsschutz
Das Prinzip 9. der DIN EN 1504-9 „Kontrolle kathodischer BereicheKontrolle kathodischer Bereiche“ wurde nicht übernommen, da es für nicht durchführbar angesehen wird. Somit werden insgesamt neun Vefahren in der TR aufgeführt.
Auch für die TR gilt, dass weitere Regelungen und Details in den folgenden Kapiteln berücksichtigt werden.
1.3.3Muster-Verwaltungsvorschrift Technische BaubestimmungenTechnische Baubestimmungen (MVV TB)
Die den Verwaltungsvorschriften der einzelnen Bundesländer zugrunde liegende MVV verweist auf die TR sowie die DAfStb-RL SIB.
Ausgabe 2020/1 enthält
A
Technische Baubestimmungen, die bei der Erfüllung der Grundanforderungen an Bauwerke zu beachten sind
B
Technische Baubestimmungen für Bauteile und Sonderkonstruktionen, die zusätzlich zu den in Teil A aufgeführten Technischen Baubestimmungen zu beachten sind
C
Technische Baubestimmungen für Produkte, die nicht die CE-Kennzeichnung tragen, und für Bauarten
D
Bauprodukte, die keines Verwendbarkeitsnachweises bedürfen
Anhang 1 – 16
1.3.4Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten ZTV-INGZTV-ING bast
Teil 3 „Massivbau“ behandelt in Abschnitt 4 „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ sowie in Abschnitt 5 „FüllenFüllen von RissenFüllen von Rissen und Hohlräumen in Betonbauteilen“. Im Teil 7 werden „BrückenbelägeBrückenbeläge“ behandelt.
Soweit in diesem Regelwerk Abweichungen gegenüber DAfStb-RL SIB und TR gegeben sind, wird hierauf in den weiteren Kapiteln an passender Stelle hingewiesen. Außerdem wird in Kapitel 15. auf die Besonderheiten im BrückenBrücken- und Ingenieurbau eingegangen.
1.3.5Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen für Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken ZTV-W
Auch für diesen Arbeitsbereich gilt, dass in einem eigenen Kapitel, nämlich unter 16. die Besonderheiten, in diesem Fall an Verkehrs-Wasserbauwerken, behandelt werden.
Das Regelwerk nimmt in großem Umfang Bezug auf die DAfStb-Richtlinie (RL SIB), aber auch auf die ZTV-INGZTV-ING sowie ExpositionsklassenExpositionsklassen DIN EN 206-1/DIN 1045-2. Außerdem werden AltbetonklassenAltbetonklassen definiert, die, wie bereits ausgeführt, auch in der TR beschrieben werden.
Im Gegensatz zur Instandsetzungs-Richtlinie und zu den ZTV-INGZTV-ING wird in den ZTV-W neben dem Begriff „Vorbereitung“ auch der Begriff „Vorbehandlung“ verwendet, was zu Irritationen führen kann.
Die ZTV-W gelten nicht für Straßen-, Eisenbahnbrücken und Tunnel.
1.3.6VergabeVergabe- und VertragsordnungVertragsordnung für Bauleistungen VOB Teil C Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) BetonerhaltungsarbeitenBetonerhaltungsarbeiten – DIN 18349
Die VOB gliedert sich in
Teil A:
Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen.
Teil B:
Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen (z. B. § 13 Mängelansprüche, Verjährungsfrist 4 a, wenn nichts anderes vereinbart).
Teil C:
Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen ATV (63 DIN, u. a. DIN 18349)
Unter „BetonerhaltungsarbeitenBetonerhaltungsarbeiten – DIN 18349“ wird erklärt:
3.1.1 Für die Ausführung gelten die:
DAfStb Betonbauteile (Instandsetzungsrichtlinie)
DAfStb Vergussbeton und Vergussmörtel
DIN EN 14487 (alle Teile)
„Spritzbeton“ in Verbindung mit DIN 18551 „Spritzbeton – Nationale Anwendungsregeln zur Reihe DIN EN 14487 und Regeln für die Bemessung von Spritzbetonkonstruktionen“
DIN EN 13670 „Ausführungen von Tragwerken aus Beton in Verbindung mit DIN 1045-3 „Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 3: Bauausführung – Anwendungsregeln zu DIN EN 13670“
Zulassungen für das Verstärken von Betonbauteilen durch Kleben von Stahllaschen, CFK-Lamellen und CFK-Gelegen
Hinweis: Seit März 2012 gibt es die DAfStb-Richtlinie „VerstärkenVerstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung“.
Bezüglich DIN 18349 wird auf folgende Literatur hingewiesen:
Beck’scher VOB-Kommentar VOB Teil C, herausgegeben von Englert/Katzenbach/Motzke 4. Auflage, DIN 18 349 BetonerhaltungsarbeitenBetonerhaltungsarbeiten Ausgabe September 2019
Motzke/Schröder
Verlag C. H. Beck Beuth
DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
1.3.7DIN EN 1504 Produkte und Systeme für Schutz und Instandsetzung von Betontragwerken – Begriffe, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Übereinstimmung
Die Norm ist wie folgt gegliedert:
Teil 1
Definitionen
Teil 2
Oberflächenschutzsysteme für Beton
Teil 3
Statisch und nicht statisch relevante Instandsetzung
Teil 4
Kleber für Bauzwecke
Teil 5
Injektion von Bauteilen
Teil 6
Verankerung von Bewehrungsstäben
Teil 7
Korrosionsschutz der Bewehrung
Teil 8
Qualitätsüberwachung und Beurteilung der Konformität
Teil 9
Allgemeine Prinzipien für die Anwendung von Produkten und Systemen
Teil 10
Anwendung von Produkten und Systemen auf der Baustelle, Qualitätsüberwachung der Ausführung
Die Teile 1-8 sind in der BRD bauaufsichtlich eingeführt, die Teile 9 und 10 noch nicht.
1.3.8DAfStb-Richtlinie VerstärkenVerstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung
Die Richtlinie besteht aus
Teil 1:
Bemessung und Konstruktion
Teil 2:
Produkte und Systeme für das Verstärken
Teil 3:
Ausführung
Teil 4:
Ergänzende Regelungen zur Planung von Verstärkungsmaßnahmen
1.3.9DAfStb Schriftenreihe „grüne Hefte“
Hierbei handelt es sich um wissenschaftliche Grundlagen und praxisorientierte Beiträge zu Fragen der Bemessung, Betontechnik, UmweltverträglichkeitUmweltverträglichkeit, Dauerhaftigkeit und NachhaltigkeitNachhaltigkeit im Betonbau in Form von
Abschlussberichten als Ergebnis der vom DAfStb direkt geförderten Forschungsarbeiten.
Beiträgen als Ergebnis der vom DAfStb koordinierten VerbundVerbundvorhaben.
Sachstandberichten, die z. B. durch begleitende Unterausschüsse erarbeitet wurden.
Dissertationen im Bereich des Betonbaus.
1.3.10DBV-Merkblätter DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN e. V.
Diese Merblätter beziehen sich auf folgende Bereiche, wobei für diese jeweils Beispiele aufgeführt sind, die für die Instandhaltung von Betonbauwerken von Bedeutung sein können:
Bautechnik
z. B. ParkhäuserParkhäuser und TiefgaragenTiefgaragen
Betontechnik
z. B. Chemischer AngriffAngriff auf Beton – Empfehlungen zur Prüfung und Bewertung
Bauausführung
z. B. Hochdruckwasserstrahltechnik im Betonbau
Bauprodukte
z. B. Injektionsschlauchsysteme und quellfähige Einlagen für ArbeitsfugenArbeitsfugen
1.3.11SIVV-Handbuch DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN e. V.
Hierbei handelt es sich um das den SIVV-Lehrgängen (Schützen, Instandsetzen, Verbinden und VerstärkenVerstärken von Betonbauteilen) zugrunde liegende Lehrbuch mit den Teilen
A
Beton
B
Stahl
C
Kunststoffe
D
Schutzmaßnahmen
E
Untergrund
F
Herstellen von Mischungen
G
Oberflächenschutz
H
Füllen von Rissen
I
Kunststoffmodifizierter Zementmörtel/Beton und Reaktionsharzmörtel/Beton
J
Instandsetzen
K
Fugeninstandsetzung
L
Überwachung
M
Geklebte Bewehrung
N
Geklebte Bauteilverstärkung
O
Kleben von Segmenten
P
Spritzbarer kunststoffmodifizierter Zementmörtel/-beton
Q
Baurecht
R
Fachbegriffe
Dieses Handbuch ist in großem Umfang maßgebend für die Angaben zur AusführungAngaben zur Ausführung in diesem Buch.
1.3.12WTA-Merkblätter Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und DenkmalpflegeDenkmalpflege e. V.
Die Gemeinschaft führt ihre Arbeit in verschiedenen Referaten durch, wobei die Ergebnisse des Referats 5 „Beton“ für die Instandhaltung von Betonbauwerken von besonderer Bedeutung sind. Hierfür werden folgende Merkblätter als Beispiele benannt:
5-1-99/D
Wartung von Betonbauwerken
Musterwartungsvertrag
5-6-99/D
Bauwerksdiagnose
5-7-99/D
Prüfen und Warten von Betonbauwerken
5-8-93/D
Schutz und Instandsetzung von Beton
Untergrund – Anforderungen, Vorbereitung und Prüfung
5-15-03/D
Schutz und Instandsetzung von Beton
Leistungsbeschreibung
1.3.13AGI-Arbeitsblätter Arbeitsgemeinschaft Industriebau e. V.
Auch in dieser Gemeinschaft gibt es mehrere Arbeitsbereiche, von denen für den Säureschutzbau z. B. folgende für die Instandhaltung von Betonbauwerken interessante Arbeitsblätter zur Verfügung gestellt werden:
S 30
Elektrisch ableitfähige Bodenbeläge
S 20-1
Schutz von Baukonstruktionen mit Beschichtungssystemen gegen chemische Angriffe. Anforderungen an den Untergrund
S 20-2
Schutz von Baukonstruktionen mit Beschichtungssystemen gegen chemische Angriffe. Beschichtungssysteme
S 20-3
Schutz von Baukonstruktionen mit Beschichtungssystemen gegen chemische Angriffe. Ausführungsdetails
Zusätzlich ist u. a. zu nennen
K 10
Schutz von Beton
Oberflächenbehandlung.
Imprägnierung, Versiegelung, Beschichtung
1.3.14BEB-Arbeitsblätter BUNDESVERBAND ESTRICH UND BELAG e. V.
Merblätter dieses Verbandes haben verständlicher Weise Bedeutung für Bodenflächen. Hier sind zu nennen für den Bereich
7
Kunstharze – Industrieböden aus Reaktionsharz
KH-O/U
Prüfung des Untergrundes
KH-1
Imprägnierung
KH-2
Versiegelung
KH-3
Beschichtung/Belag
KH-4 EL
Elektrisch leitfähige Fußbodenbeläge
KH-5
Estrich
KH-O/S
Stoffe
KH-6
Leitfaden für Fußbodenkonstruktionen im nassbelasteten Lebensmittelbereich
1.3.15DGUV Regeln Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e. V. (DGUV) BG BAU
Von diesen Unterlagen hat für Bodenbeschichtungen besondere Bedeutung
DGUV Regel 108-003
Fußböden in Arbeitsräumen und Arbeitsbereichen mit Rutschgefahr
1.3.16Technische Regen für Gefahrstoffe TRGS Bundesamt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin
Hier ist zu nennen
TRGS 727
Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen
2Stahlbeton Grundlagen
S. Wehrle
2.1Zusammenwirken von Stahl und Beton
Stahlbeton (bewehrter Beton) ist ein Verbundbaustoff aus Beton und Stahl (in der Regel Betonstahl) für Bauteile, bei denen das Zusammenwirken von Beton und Stahl für die Aufnahme von Lasten nötig ist [1, 5, 6, 7, 8]. Stahlbetonbauteile, die der Witterung unmittelbar ausgesetzt sind, werden als AußenbauteileAußenbauteile bezeichnet.
Das Zusammenwirken von Beton und Stahl in dem Verbundbaustoff Stahlbeton ist nur möglich, weil die folgenden Voraussetzungen gegeben sind:
2.2Beton
2.2.1Allgemeines
Beton [1, 5 bis 11] ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von ZementZement, GesteinskörnungGesteinskörnung und Wasser – ggf. auch mit Zusatzmitteln und Zusatzstoffen – durch Erhärten des Zementleims (Zement-Wasser-Gemisch) entsteht.
2.2.3GesteinskörnungGesteinskörnung
GesteinskörnungGesteinskörnung ist ein für die Verwendung im Beton geeigneter, gekörnter mineralischer Stoff [1]. Gesteinskörnungen können natürlich oder künstlich sein oder aus vorher beim Bauen verwendeten rezyklierten Stoffen bestehen [17, 18]. Natürliche Gesteinskörnungen werden aus Gruben, Seen, Flüssen und Steinbrüchen gewonnen. Künstlich hergestellte Gesteinskörnungen sind beispielsweise Hochofenschlacke, Schmelzkammergranulat oder ungemahlener HüttensandHüttensand.
Die Anforderungen an die GesteinskörnungGesteinskörnung und deren Prüfung sind in DIN EN 12620 und DIN 1045-2[18] geregelt. Die DIN EN 13055 und DIN 1045-2 regeln die Anforderungen an leichte Gesteinskörnungen. Die Teile 101 und 102 von DIN 4226 [17] enthalten in Verbindung mit DIN EN 12620 [18] die Anforderungen an rezyklierte Gesteinskörnungen.
Die GesteinskörnungGesteinskörnung sollte aus verschieden großen Körnern so zusammengesetzt sein, dass der Hohlraumgehalt einer Mischung der verschieden großen Körner möglichst gering ist. Körner mit ungünstiger Kornform erfordern dazu einen entsprechend höheren Anteil an feiner Gesteinskörnung. Bei zu geringem Anteil an feiner Gesteinskörnung benötigt man mehr ZementleimZementleim und damit mehr ZementZement oder die Verarbeitung wird so erschwert, dass „Nester“ im Betongefüge zurückbleiben.
GesteinskörnungGesteinskörnung mit ungünstiger Kornform und vor allem mit hohem Anteil an feiner Gesteinskörnung besitzt eine wesentlich größere Oberfläche und benötigt daher für eine ausreichende Verarbeitbarkeit ebenfalls mehr ZementleimZementleim bzw. mehr Wasser.
Das GrößtkornGrößtkorn der GesteinskörnungGesteinskörnung möglichst groß und so groß zu wählen, wie es die Verarbeitung erlaubt. Es sollte jedoch kleiner sein als 1/3 der geringsten Bauteildicke und zum überwiegenden Teil kleiner als der geringste Abstand der Bewehrungsstäbe untereinander und die geringste BetondeckungBetondeckung der Bewehrungsstäbe. Mit zunehmendem Größtkorn wird die Verarbeitung erschwert.
Zur Minimierung des Hohlraumgehaltes wird die geeignete Kornzusammensetzung der Gesteinskörnungen anhand von Siebversuchen ermittelt und durch sog. „SieblinienSieblinien“ dargestellt. In DIN 1045-2 sind Sieblinien für die Kornzusammensetzung der Gesteinskörnungen mit einem GrößtkornGrößtkorn von 8 mm, 16 mm, 32 mm und 63 mm dargestellt. Bei einem Größtkorn bis höchstens 4 mm spricht man von MörtelMörtel. Ab einem Größtkorn von mehr als 4 mm handelt es sich um Beton.
2.2.4ZugabewasserZugabewasser
ZugabewasserZugabewasser ist das dem Beton beim Mischen zugegebene Wasser. Auf diese Weise ergibt sich der FrischbetonFrischbeton. Die maßgebliche Wirkung des Zugabewassers besteht in der chemischen Reaktion mit dem ZementZement, welche zur ErhärtungErhärtung des FrischbetonsFrischbeton und damit zum Festbeton führt. Diese chemische Reaktion bezeichnet man als Hydratation des Zements.
Zusätzliche Bestandteile des Zugabewassers können z. B. das Erstarrungsverhalten, die Festigkeitsentwicklung und die Dauerhaftigkeit des Betons beeinflussen sowie den KorrosionsschutzKorrosionsschutz der Bewehrung gefährden. In abgelegenen Gebieten ist für das Herstellen von Beton oft kein Trinkwasser erhältlich, das in der Regel ohne weitere Prüfungen verwendbar ist. Es muss dann geprüft werden, ob das am Ort anstehende natürliche oder aufbereitete Wasser, z. B. Oberflächenwasser oder Grundwasser, verwendet werden kann. Diese Wässer können Bestandteile enthalten, die wesentliche Eigenschaften des Zements oder Betons ungünstig beeinflussen. Die Prüfung und Beurteilung des Zugabewassers erfolgt nach der DIN EN 1008:2002-10 [20] Außerdem liegt diesbezüglich auch das Merkblatt des Deutschen Beton-Vereins [21] vor.
2.2.5ZusatzmittelZusatzmittel
ZusatzmittelZusatzmittel sind flüssige oder pulverförmige Stoffe, die dem Beton während des Mischvorganges zugesetzt werden. Sie beeinflussen durch chemische und/oder physikalische Wirkung die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons, wie z. B. Verarbeitbarkeit, Erstarren oder Luftporengehalt. Die Zugabemenge eines Zusatzmittels ist im Allgemeinen so klein, dass sie als Volumenanteil des Betons ohne Bedeutung ist. Die Wirkungsgruppen und Kennzeichnungen einiger Zusatzmittel sind nachfolgend zusammengestellt:
Wirkungsgruppe
Kurzzeichen
Farbkennzeichen
Betonverflüssiger
BV
gelb
Fließmittel
FM
grau
Luftporenbildner
LP
blau
Dichtungsmittel
DM
braun
Verzögerer
VZ
rot
Beschleuniger
BE
grün
Für Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 gelten ZusatzmittelZusatzmittel nach DIN EN 934 als geeignet. Für Zusatzmittel außerhalb der DIN EN 934 ist eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik, Berlin erforderlich.
2.2.6ZusatzstoffeZusatzstoffe
ZusatzstoffeZusatzstoffe beeinflussen bestimmte Eigenschaften des Betons. Sie führen z. B. zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Betons, zur Reduzierung der Wärmeentwicklung bei der Hydratation, zur Verzögerung der ErhärtungErhärtung oder Erhöhung der Dichtigkeit. Die gebräuchlichsten Zusatzstoffe sind TrassTrass, Gesteinsmehl, Flugasche, PigmentePigmente zum Einfärben des Betons, KunststoffdispersionenKunststoffdispersionen und FasernFasern (Stahl-, Glas- oder Kunststofffasern). Kunststoffdispersionen werden u. a. bei Betonbauwerken zum Schutz vor wassergefährdenden Flüssigkeiten eingesetzt. Zunehmende Bedeutung unter den Zusatzstoffen haben SilicaSilica-Stäube, die in Schmelzöfen anfallen, in denen Ferrosilicium und Siliciummetalle hergestellt werden. Silica-Staub wird zur Herstellung von hochfestem Beton und zur Verbesserung des Frostwiderstandes, des FrostFrostTausalzwiderstandes und des Widerstandes gegen chemische Angriffe eingesetzt. Im Gegensatz zu den Zusatzmitteln ist die Zugabemenge von Zusatzstoffen im Allgemeinen so groß, dass sie als Volumenanteil des Betons bei der Rezeptur berücksichtigt werden muss [22].
Die ZusatzstoffeZusatzstoffe dürfen das Erhärten des Zements, die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons sowie den KorrosionsschutzKorrosionsschutz der Bewehrung nicht beeinträchtigen. Die Eignung als Zusatzstoff des Typs 1 (nahezu inaktive Zusatzstoffe) ist für Gesteinsmehl nach DIN EN 12620 [18], für PigmentePigmente nach DIN EN 12878 und für Zusatzstoffe mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung oder einer Europäischen Technischen Zulassung nachgewiesen. Die Eignung als Zusatzstoffe des Typs II (puzzolanische oder latenthydraulische Zusatzstoffe) ist nachgewiesen für Flugasche nach DIN EN 450 und für TrassTrass nach DIN 51043 sowie für Zusatzstoffe mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung.
2.2.7Eigenschaften des FrischbetonsFrischbeton
Als FrischbetonFrischbeton bezeichnet man den Beton, solange er verarbeitet werden kann. Wesentliche Eigenschaften des FrischbetonsFrischbeton, die Rückschlüsse auf die spätere Betongüte zulassen, sind Konsistenz und Luftgehalt.
Die Prüfung dieser Eigenschaften ist in DIN EN 12350 festgelegt [23]. Die Konsistenz des Betons ist ein Maß für die Steife und damit für die Verarbeitbarkeit des Betons. Die Konsistenz wird mit dem Ausbreitversuch (weiche Betone) oder dem Verdichtungsversuch (steifere Betone) ermittelt. Beim AusbreitmaßAusbreitmaß wird der Durchmesser in mm an dem frisch hergestellten und auf einer horizontalen Fläche nach definierter stoßartiger BelastungBelastung verteilten Beton ermittelt. Das Verdichtungsmaß ist ein Wert für das Absetzen des FrischbetonsFrischbeton nach definiertem Rütteln.
Nach der DIN EN 206-1 und der DIN 1045-2 wird in Abhängigkeit von dem gewählten Versuch unterschieden in Ausbreitmaßklassen und in Verdichtungsmaßklassen.
Ausbreitmaßklassen des FrischbetonsFrischbeton nach DIN 1045-2 [6]
Klasse
Ausbreitmaß 0 bis [mm]Ausbreitmaß
Konsistenzbezeichnung
F1
340
steif
F2
350 bis 410
plastisch
F3
420 bis 480
weich
F4
490 bis 550
sehr weich
F5
560 bis 620
fließfähig
F6
630
sehr fließfähig
Ein Beton mit einem AusbreitmaßAusbreitmaß über 700 mm gilt als „selbstverdichtender Beton“ (SVB). Die Anwendung eines SVB erfolgt nach der Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton [24] in Verbindung mit der DIN 1045 und der DIN EN 206.
Verdichtungsmaßklassen des FrischbetonsFrischbeton nach DIN 1045-2 [6]
Klasse
Verdichtungsmaß [-]
Konsistenzbezeichnung
C0
größer gleich 1,46
sehr steif
C1
1,45 bis 1,26
steif
C2
1,25 bis 1,11
plastisch
C 3
1,10 bis 1,04
weich
C4
kleiner 1,04
Der Luftgehalt von FrischbetonFrischbeton mit Gesteinskörnungen mit dichtem Gefüge ist nach dem Druckausgleichsverfahren in einem kalibrierten Prüfgerät (LP-Topf) zu messen. Der Luftgehalt gibt einen Hinweis auf den Verdichtungsgrad. Bei der Herstellung von Beton, der einem Frostangriff der ExpositionsklassenExpositionsklassen XF2 bis XF4 nach DIN 1045-2 unterliegt wird in Abhängigkeit vom WasserzementwertWasserzementwert und dem GrößtkornGrößtkorn der Mischung der GesteinskörnungGesteinskörnung ein MindestluftgehaltMindestluftgehalt gefordert. Dieser Mindestluftgehalt wird durch Verwendung von luftporenbildendem ZusatzmittelZusatzmittel (Luftporenbildner) erzielt. Ein weiteres Merkmal ist die Frischbetonrohdichte. Darunter versteht man die Masse pro Volumeneinheit von frischem, vorschriftsmäßig verdichtetem Beton einschließlich der verbleibenden PorenPoren. Sie ermöglicht eine erste Beurteilung der Betongüte und wird durch Wiegen des mit Frischbeton gefüllten Probebehälters ermittelt. Bei gleicher Menge an ZementZement und Gesteinskörnung lässt eine niedrige Rohdichte eine geringere Betonfestigkeit erwarten, da die Rohdichte mit steigendem Wasser- und Porengehalt abfällt.
2.2.8Eigenschaften des Festbetons
Eine der wichtigsten Betoneigenschaften des erhärteten Betons ist die DruckfestigkeitDruckfestigkeit [25]. Man ermittelt sie durch den Druckversuch an eigens hergestellten Probekörpern (Würfel, Zylinder) oder in Sonderfällen an Bohrkernen aus dem Bauwerk [26].
Die Normprüfung gemäß DIN EN 12390 [25] wird nach 28 Tagen im Allgemeinen an Zylindern mit 150 mm Durchmesser und 300 mm Länge oder an Würfeln von 15 cm Kantenlänge durchgeführt. Die Klassifizierung erfolgt anhand der charakteristischen Festigkeit von Zylindern (fck, cy1) oder der charakteristischen Festigkeit von Würfeln (fck, cube) nach folgender Tabelle:
Druckfestigkeitsklassen des Betons nach DIN EN 206-1:2001-07 und ihre Anwendung (Auszug):
Druckfestigkeitsklasse
fck,cyl
fck,cube
N/mm2
N/mm2
C8/10
8
10
C12/15
12
15
C16/20
16
20
C20/25
20
25
C25/30
25
30
C30/37
30
37
C35/45
35
45
C40/50
40
50
C45/55
45
55
C50/60
50
60
C55/67
55
67
C60/75
60
75
C70/85
70
85
C80/95
80
95
Ab der Druckfestigkeitsklasse C55/67 und darüber handelt es sich um hochfesten Beton.
Die DIN EN 206-1/DIN 1045-2 unterteilt den Beton u. a. in ExpositionsklassenExpositionsklassen und Feuchtigkeitsklassen. Dabei werden die Expositionsklassen unterschieden nach dem AngriffAngriff auf die BewehrungskorrosionBewehrungskorrosion und auf den Angriff auf Beton. Die folgenden Expositionsklassen liegen vor:
XC1 bis XC4:
BewehrungskorrosionBewehrungskorrosion durch Karbonatisierung
XD1 bis XD3:
BewehrungskorrosionBewehrungskorrosion durch Chloride (außer Meerwasser)
XS1 bis XS3:
BewehrungskorrosionBewehrungskorrosion durch Chloride aus Meerwasser
XF1 bis XF4:
Betonkorrosion durch Frostangriff mit und ohne Taumittel
XA1 bis XA3:
Betonkorrosion durch chemischen AngriffAngriff
XM1 bis XM3:
Betonkorrosion durch Verschleißbeanspruchung
WO bis WS:
>Betonkorrosion durch Alkal-Kieselsäure-Reaktion
Die ExpositionsklassenExpositionsklassen WO, WF, WA und WS (also WO bis WS) werden als Feuchtigkeitsklassen bezeichnet.
Je höher die Ziffer bei den einzelnen ExpositionsklassenExpositionsklassen, umso intensiver ist der entprechende Korrosionsangriff.
In Abhängigkeit von den ExpositionsklassenExpositionsklassen werden in der DIN 1045-2, Tabelle F.2.1 und F.2.2 Grenzwerte für die Betonzusammensetzung festgelegt. Diese Festlegungen erfolgten unter der Annahme einer beabsichtigten Nutzungsdauer von mindestens 50 Jahren unter üblichen lnstandhaltungsbedingungen. Es werden Grenzen bezüglich folgender Parameter angegeben:
Höchstzulässiger WasserzementwertWasserzementwert, Mindestdruckfestigkeitsklasse, Mindestzementgehalt und MindestluftgehaltMindestluftgehalt.
Beispiel
Betone, die der Expositionsklasse XD3 (BewehrungskorrosionBewehrungskorrosion, verursacht durch Chloride; z. B. Parkdecks) ausgesetzt sind, weisen demgemäß folgende Grenzwerte für die Zusammensetzung auf:
Höchstzulässiger Wasserzementwert:Wasserzementwert
0,45
Mindestdruckfestigkeitsklasse:
C35/45
Mindestzementgehalt in kg/m3:
320
Mindestzementgehalt bei Anrechnung von Zusatzstoffen in kg/m3:
270
Chloride
In DIN 1045-2 wird der Chloridgehalt des Betons begrenzt, um eine chloridinduzierte KorrosionKorrosion der Bewehrung zu verhindern. Bei unbewehrtem Beton gilt die Kasse des Chloridgehalts Cl 1,0. Dies bedeutet, dass der höchstzulässige Chloridgehalt, bezogen auf den ZementZement in Massenanteil 1,0 % beträgt. Für bewehrten Beton oder Beton mit anderem eingebettetem Metall liegt der höchstzulässige Chloridgehalt bei 0,40 % (Klasse Cl 0,40). Bei Spannstahlbewehrung beträgt der höchstzulässige Chloridgehalt 0,20 % (Klasse Cl 0,20).
Frostangriff
Der Frostangriff kann in Abhängigkeit vom Einsatz von Taumitteln in einen physiklaischen und in einen chemischen AngriffAngriff unterschieden werden. Der physiklaische Angriff ist immer gegeben. Der chemische Angriff ist abhängig von der Art der Taumittel. Maßgeblich für das Auftreten eines Frostes im Beton ist die Frage, ob das in den PorenPoren vorhandene Wasser gefrieren kann. Dies ist eine Frage der Anzahl von in der Porenflüssigkeit vorhandenen dissoziierten Ionen und von der Porenart.
Porenart
Porengröße
Porenfüllung
Gefrierpunkt von Wasser
Grobporen
≥ 1 mm
leer
Makroporen
< 1 mm
Saugend, sofort befüllbar
0 °C bis -20 °C
Mesokapillaren
< 30 µm
Saugend, in Minuten bis Wochen befüllbar
0 °C bis -20 °C
Mikrokapillaren
< 1 µm
Durch kapillares Saugen nicht vollständig befüllbar
0 °C bis -20 °C
Mesogelporen
< 30 nm
Durch Kondensation bei rel. F. 50 % bis 98 % befüllbar
-20 °C bis ‑39 °C
Mikrogelporen
< 1 nm
Durch sorption bei rel. F. < 50 % befüllbar
Bei ca. -90 °C
Zusammenhang von Porengröße und Gefrierverhalten [42]
Auswirkungen eines chemischen Angriffs
Grundwässer, Böden, Industrieabwässer und Abgase können einen chemischen AngriffAngriff auf den erhärteten Beton ausüben. Die Untersuchung und Beurteilung des chemischen Angriffs erfolgen nach DIN 4030 [28].
Im Allgemeinen werden die Angriffsarten ,,treibend“ und „lösend“ unterschieden. Bei einem „lösenden“ AngriffAngriff auf Beton tritt an der Betonoberfläche eine chemische Reaktion ein, die schwerlösliche Verbindungen in leichtlösliche Produkte überführt. Der „lösende“ Angriff wirkt insbesondere auf den ZementsteinZementstein und seltener auf die GesteinskörnungGesteinskörnung ein. Die gelösten Produkte (Zementstein) werden abgetragen und es entsteht eine waschbetonartige Struktur. Bei einem „treibenden“ Angriff bilden sich schwerlösliche, voluminöse Reaktionsprodukte im Betoninneren. Bedingt durch die Volumenvergrößerung entsteht ein starker innerer Druck, der zu Rissbildungen oder Absprengungen des Betons bzw. Zementsteins führen kann. Im Wasser gelöste Sulfate wirken „treibend“; Säuren, bestimmte Salze, pflanzliche und tierische Öle und Felle wirken „lösend“.
Der von Böden und Wässern ausgehende chemische AngriffAngriff (XA1, XA2, XA3) wird in die Angriffsgrade „schwach“, ,,mäßig“ und „stark“ unterteilt. Für die Beurteilung ist der höchste Angriffsgrad maßgebend, der sich aus den chemischen Merkmalen ergibt, auch wenn er nur von einem chemischen Merkmal erreicht wird. liegen zwei oder mehr chemische Merkmale im oberen Viertel eines Bereichs (beim pH-Wert im unteren Viertel), so erhöht sich der Angriffsgrad um eine Stufe. Bei einer chemisch stark angreifenden Umgebung“ (XA3) oder einem noch stärkeren chemischen Angriff und bei einer hohen Fließgeschwindigkeit von Wasser unter Mitwirkung von Chemikalien muss der Beton nach DIN 1045-2 durch eine Schutzschicht oder eine dauerhafte Bekleidung gegen diese Angriffe geschützt werden, wenn nicht ein Gutachten eine andere LösungLösung vorschlägt.
2.2.9WasserzementwertWasserzementwert
Das zur Herstellung des FrischbetonsFrischbeton verwendete Wasser vermischt sich mit dem ZementZement und bildet den ZementleimZementleim. Im Zementleim findet eine chemische Reaktion des Zements mit dem ZugabewasserZugabewasser statt, welche zur ErhärtungErhärtung des Zementleims führt. Die dabei ablaufende chemische Reaktion bezeichnet man als Hydratation des Zements. Auf diese Weise entsteht eine stöchiometrische chemische Verbindung, das bedeutet, dass Wasser und Zement in einem bestimmten Massenverhältnis zueinanderstehen. Vereinfacht ausgedrückt kann man sagen, dass Wasser in einer Menge von 40 % der Masse des Zements im ZementsteinZementstein gebunden wird. In diesem „Idealfall“ wird ein Anteil von ca. 25 % der Zementmasse durch Hydratation chemisch gebunden, während ca. 15 % als physikalisch gebundenes Wasser in den sogenannten Gelporen des Zementsteins verbleibt. In diesem Fall läge im Zementleim ein sogenannter WasserzementwertWasserzementwert von 0,4 vor, d. h. der Massenanteil von Wasser bezogen auf den Massenanteil Zement hat den Wert 0,4.
Zusammenhang von ZementZement, Wasser und der Enttehung von PorenPoren
Aus Gründen der Verarbeitbarkeit verwendet man in der Praxis meist einen WasserzementwertWasserzementwert von größer als 0,4, z. B. 0,5 und 0,6. In einem Beispiel ist ein Wasserzementwert von 0,7 angegeben. Das über den Wasserzementwert von 0,4 hinaus gehende Wasser kann weder chemisch noch physikalisch gebunden werden und verbleibt als ungebundenes Wasser im ZementsteinZementstein. Dieses ungebundene Wasser führt zur Bildung von KapillarporenKapillarporen. Das Wasser in den Kapillarporen kann bei entsprechenden Umgebungsbedingungen austrocknen. In den Kapillarporen kann auch eine erneute Wasseraufnahme durch Sorption stattfinden, welche durch die SorptionsisothermeSorptionsisotherme des Betons beschrieben ist.
Die KapillarporenKapillarporen stellen Fehlstellen im Beton dar, welche die Festigkeit des Betons vermindern. Aus diesem Grunde vermindert sich die Festigkeit des Betons mit steigendem WasserzementwertWasserzementwert w/z. Wenn dem ZementZement weniger Wasser zur Reaktion zur Verfügung steht als dem Wasserzementwert 0,4 entspricht, so verbleibt im Beton nichthydratisierter Zement, welcher nicht zur ErhärtungErhärtung des Betons beiträgt und damit ebenfalls die Betonfestigkeit mindert. Dieselbe Wirkung tritt auf, wenn dem Beton z. B. an der Oberfläche Wasser entzogen wird. Deshalb muss das durch eine fachgerechte NachbehandlungNachbehandlung des Betons verhindert werden.
2.2.10Betonverarbeitung, NachbehandlungNachbehandlung
Die Betontemperatur muss beim Betonieren während extrem kalter und extrem warmer Außentemperaturen beobachtet werden. Die Einbautemperatur soll in der Regel + 30 °C nicht überschreiten und + 5 °C nicht unterschreiten [6,29].
Durch die NachbehandlungNachbehandlung, die gem. DIN 1045-3 [7] erfolgt, muss der Beton bis zu seiner ausreichenden ErhärtungErhärtung gegen vorzeitiges Austrocknen, extreme Temperaturen, chemische Angriffe, mechanische Beanspruchung und Erschütterungen geschützt werden. Die Nachbehandlung erfolgt durch Belassen in der SchalungSchalung, dichtes Abdecken mit Folien oder wasserhaltenden Matten, Aufspritzen von Nachbehandlungsmitteln schon auf den mattfeucht werdenden Beton oder kontinuierliches Besprühen mit Wasser. In DIN 1045-3, Tabelle 2, wird die Mindestdauer der Nachbehandlung von Beton in Tagen angegeben, abhängig von den ExpositionsklassenExpositionsklassen nach DIN 1045-2 [6]. Die dort angegebene Mindestdauer der Nachbehandlung beträgt bis zu 15 Tage.
2.3Betonstahl
Stähle, die zur Bewehrung von Beton verwendet werden, müssen DIN 488 entsprechen oder allgemein bauaufsichtlich zugelassen sein [30, 31]. Bei lnstandsetzungsmaßnahmen an Stahlbetonbauwerken besteht manchmal die Notwendigkeit, neue Bewehrung an die bereits vorhandene Bewehrung anzuschweißen. Betonstähle nach DIN 488 sind prinzipiell für Schweißverbindungen geeignet. Da es jedoch nicht auszuschließen ist, dass z. B. bei lnstandsetzungsmaßnahmen auch ältere Stähle bearbeitet werden müssen, ist vor Arbeitsbeginn die Schweißeignung dieser Stähle zu klären. Die Ausführung und Überwachung von Schweißarbeiten muss nach DIN 4099 erfolgen [32].
2.4Stahlbeton
2.4.1BetondeckungBetondeckung der Bewehrung
Der Verbund zwischen Bewehrung und Beton ist durch eine ausreichend dicke und dichte BetondeckungBetondeckung zu sichern. Sie muss in der Lage sein, den Stahl dauerhaft vor KorrosionKorrosion zu schützen und Kräfte vom Stahl ohne AbplatzungenAbplatzungen in den Beton einzuleiten.
Daher wurden in Abhängigkeit von der Expositionsklasse für Betone in der DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA Mindestmaße der BetondeckungBetondeckung (Mindestbetondeckung cmin ) vorgegeben und es wird ein VorhaltemaßVorhaltemaß angegeben. Die Betondeckung jedes Bewehrungsstabes in mm darf nach allen Seiten das MindestmaßMindestmaß cmin nicht unterschreiten. Zur Sicherung des Mindestmaßes ist dem Entwurf und der Ausführung das Nennmaß cnom zugrunde zu legen. Es setzt sich aus dem Mindestmaß cmin plus dem Vorhaltemaß zusammen.
cnom = cmin + VorhaltemaßVorhaltemaß
Das VorhaltemaßVorhaltemaß beträgt 15 mm. Lediglich bei der Expositionsklasse XC1 liegt es bei 10 mm.
Zur Sicherstellung des VerbundesVerbundSicherstellung darf aber die Mindestbestondeckung Cmin nicht kleiner sein als der Stabdurchmesser der Betonstahlbewehrung. Außerdem gibt es diesbezüglich Anforderungen für andere BewehrungenBewehrungen.
Das Nennmaß beträgt z. B. für Bauteile in geschlossenen Räumen (Expositionsklasse XC1) mindestens 20 mm und für Außenbauteile (Expositionsklasse XC4) mindestens 40 mm. Das Nennmaß cnom entspricht dem Verlegemaß der Bewehrung und ist auf den Bewehrungszeichnungen anzugeben sowie beim Standsicherheitsnachweis zu berücksichtigen.
Maßnahmen für den Entwurf und die Herstellung von bewehrten Betonbauteilen, durch die sichergestellt werden soll, dass das geforderte MindestmaßMindestmaß cmin der BetondeckungBetondeckung im fertigen Bauteil mit ausreichender Zuverlässigkeit eingehalten wird, sind in den DBV-Merkblättern „Betondeckung und Bewehrung“ sowie „Abstandshalter“ [33, 34] beschrieben.
Das Verlegemaß cv (Abstand der außenliegenden Bewehrung zur Betonoberfläche) ergibt sich als größtes Maß aus den NennmaßenNennmaß der BetondeckungBetondeckung für die Längsstäbe und die Querbewehrung (Bügel) und aus den erforderlichen Betondeckungen/Achsabständen u bzw. us für den BrandschutzBrandschutz (DIN 4102-4).
2.4.2Konstruktiver KorrosionsschutzKorrosionsschutz
Für den KorrosionsschutzKorrosionsschutz des Bewehrungsstahls sind neben einer ausreichenden BetondeckungBetondeckung auch konstruktive Maßnahmen bei der Planung zu berücksichtigen [35].
Wirkungsvolle Ableitung von Regenwasser:
Feuchtigkeit/Wasser ist eine notwendige Voraussetzung dafür, dass KorrosionKorrosion der Bewehrung entsteht. Regenwasser muss deshalb insbesondere an waagrechten Flächen (z. B. Oberseiten von Brüstungen) wirkungsvoll abgeführt werden. Dies kann durch eine entsprechende Neigung der Flächen (größer gleich 5 %) oder durch Verwahrungen erfolgen.
Betoniergerechte Bauteile:
Allzu schlanke und filigrane Bauteile aus Stahlbeton müssen vermieden werden. Bei zu schlanken Schalungsräumen, zu engen Bewehrungsabständen, fehlenden Rüttelgassen oder bei verwinkelten Schalungen ist eine ausreichende Verdichtung des Betons und eine ausreichende BetondeckungBetondeckung nicht mehr sichergestellt.
Begrenzung der Rissbreiten:
Risse quer zur Bewehrung infolge BelastungBelastung sind bei Stahlbetonkonstruktionen systemüblich und stellen, sofern ihre Breiten im Mittel 0,3 mm bis 0,4 mm nicht überschreiten, bei üblichen Betondeckungen und Umgebungsbedingungen keine Korrosionsgefährdung dar. Breitere Risse, Risse in Richtung der Bewehrungsstäbe (Längsrisse), Risse infolge unkontrollierten Zwangs sowie schmalere Risse bei ungünstigen Umgebungsbedingungen können jedoch den KorrosionsschutzKorrosionsschutz einschränken. Diesen Rissbildungen muss durch sachgerechte Bewehrungsführung und betontechnologische Maßnahmen begegnet werden [5, 35, 36, 37]. In DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04, werden in Abhängigkeit von den ExpositionsklassenExpositionsklassen die Anforderungen an die Begrenzung der Rissbreite festgelegt. Der Rechenwert der Rissbreite liegt demgemäß für Stahlbetonbauteile zwischen 0,3 mm und 0,4 mm. Der Rechenwert der Rissbreite gilt als Anhaltswert für die am Objekt auftretenden Rissbreiten, deren gelegentliche, geringfügige Überschreitung im Bauwerk nicht ausgeschlossen werden kann. Bei Beachtung der Konstruktionsregeln ist dies nach DIN EN 1992‑1-1, im Allgemeinen unbedenklich.
2.4.3BrandschutzBrandschutz bei Stahlbeton
Baustahl, der nicht durch eine Ummantelung vor einem direkten Wärmeangriff geschützt ist, kann im Brandfall frühzeitig versagen. Der BrandschutzBrandschutz einer Stahlbetonkonstruktion muss deshalb durch den Beton sichergestellt werden. Der Beton nach DIN 1045-2 ist ein nichtbrennbarer BaustoffBaustoff nach DIN 4102 [38]. Für die europäische Betrachtung des Brandschutzes gilt DIN EN 13501, welche die Bereiche Klassifizierungsnormen und Prüfnormen sowie Regeln zur erweiterten Anwendung beinhaltet.
Unter den im natürlichen Brandfall eintretenden Temperaturen [39]
bleibt Beton weitgehend fest,
trägt Beton nicht zur Brandlast bei,
leitet Beton den Brand nicht weiter,
bildet Beton keinen Rauch,
setzt Beton keine toxischen Gase frei.
Diese stofflichen Eigenschaften des Betons erlauben es bei sinnvoller Planung, ein gegen Brandgefahr sicheres Bauwerk zu erstellen. Dabei spielen die Breite bzw. Dicke von Bauteilen sowie die Maße der BetondeckungBetondeckung c und die Achsabstände u bzw. us der Bewehrung zur Betonoberfläche eine entscheidende Rolle. Auf diese Weise muss durch richtige Dimensionierung der Bauteile im Brandfall die Durchwärmung des Bauteils entsprechend der geforderten FeuerwiderstandsdauerFeuerwiderstandsdauer verzögert werden. Dieser folgt gem. DIN 4102-2 und DIN 4102-4.
Der Nachweis des baulichen Brandschutzes für Stahlbetonkonstruktionen kann in Abhängigkeit von den Anforderungen wie folgt erbracht werden [40].
A.
Nach DIN 4102-4
B.
Prüfzeugnis
C.
Gutachten
D.
Zulassung
E.
Zustimmung im Einzelfall
Für den BrandschutzBrandschutz von Stahlbetonkonstruktionen sind folgende Einflüsse von Bedeutung:
Betonart (Leichtbeton bis 2000 kg/m 3, Normalbeton, Schwerbeton über 2600 kg/m3, Porenbeton),
Abstand der Bewehrung von der Betonoberfläche (Achsabstand Us, BetondeckungBetondeckung c),
Querschnittsabmessungen (Dicke, Breite),
Konstruktionsart, statisches System,
BelastungBelastung,
Bekleidung, Putze,
Brandbeanspruchung (einseitig, mehrseitig).
Wie bei anderen Baustoffen, kann auch bei Beton durch Bekleidungen, Putze oder BrandschutzanstricheBrandschutzanstriche die FeuerwiderstandsdauerFeuerwiderstandsdauer
