V4.9 Instandsetzung von Stahlbetonbauwerken durch dünne C³-Schichten
Das Bauen im Bestand dominiert immer mehr das Baugeschehen in entwickelten Industrieländern. Die meisten Instandsetzungsmaßnahmen betreffen Beton- und Stahlbetonbauwerke mit dem Ziel, deren Gebrauchstauglichkeit wiederherzustellen und die Nutzungsdauer zu verlängern. In Deutschland weisen zahlreiche für die Infrastruktur relevante Bauwerke einen hohen Instandsetzungsbedarf auf.
Im Vorhaben wird ein ressourcensparendes, alternatives Instandsetzungsverfahren auf Basis der C³-Technologie entwickelt, welches dank geringer Schichtdicken die Funktionalität sowie das Erscheinungsbild des Bauteils nahezu uneingeschränkt wiederherstellt. Zudem soll das Verfahren die Lebensdauer der instandgesetzten Bauteile deutlich verlängern.
Die entscheidende Herausforderung bei der Instandsetzung ist der Umgang mit Rissen in bestehenden Bauteilen und in den aufgebrachten Instandsetzungsschichten. Risse begünstigen das Eindringen von Flüssigkeiten und Gasen in das Bauteil, mit denen oft korrosionsauslösende oder -fördernde Schadstoffe transportiert werden.
Risse mit geringeren Öffnungsweiten können durch Selbstheilung oder Ablagerungen wieder geschlossen werden und einen solchen Transport zunächst vermindern und sogar stoppen. Die Idee besteht darin, wenige große Einzelrisse im Altbeton in viele kleine Risse an der Oberfläche der Instandsetzungsschicht aufzuteilen und somit die Rissbreiten auf ein unschädliches Maß zu reduzieren. Daher kommt der Kontrolle und Steuerung der möglichen Rissöffnungen, die vom Altbetonuntergrund in die Instandsetzungsebene übertragen werden, eine überragende Bedeutung zu. Durch den Einsatz von C³-Bewehrungen in dünnen C³-Betonschichten soll eine derartige Rissbreitenkontrolle gelingen und damit die Instandsetzungs- und Schutzwirkung erzielt werden.
Im Projekt wurden C³-Systeme aus einem feinkörnigen Beton und ein bis drei Lagen textiler Carbonbewehrung auf ihre Rissbildungseigenschaften mit und ohne Untergrund untersucht. Der Beton muss den aus der Qualität des Altbetons resultierenden Anforderungen entsprechen, wodurch im Wesentlichen die Festigkeit und der E-Modul beschränkt werden. Die C³-Bewehrung bestimmt durch ihren Verbund zur Betonmatrix die Rissbildung. Die Verwendung mehrerer Lagen oder unterschiedliche Tränkungsmaterialien des Textils beeinflussen die Risseigenschaften. Bei der Verwendung von typischen, kommerziell verfügbaren Carbontextilien mit polymerbasierter Tränkung ist der Einbau von mindestens zwei Lagen notwendig, um ein den Anforderungen genügendes Rissbild zu erzielen.
Eine dritte Komponente kommt durch den Auftrag auf einen Altbeton hinzu. Um einen freien Dehnbereich in der C³-Schicht zu schaffen und dadurch die multiple Rissbildung zu begünstigen, wird im Bereich des Altbetonrisses ein Entkopplungsmaterial aufgetragen, siehe Bild 1. Die Verwendung von Klebeband hat sich in den Untersuchungen als Vorzugsvariante herausgestellt. Dadurch wird der chemische Verbund behindert und zusätzlich der Reibungsverbund zum sandgestrahlten Altbeton vermindert.
Im Rahmen des Projektes soll das neue Verfahren unter praktischen Bedingungen an Baubauwerken erprobt werden. Dazu wurden zwei Bauwerke ausgewählt. Vor der Durchführung der Maßnahme wer
den die Risse im Altbeton kartiert, charakterisiert und ihre eventuelle Bewegung durch Verkehrslasten oder temperaturbedingter Ausdehnung aufgenommen. Um die Wirksamkeit der C³-Schicht nachzuweisen, werden für jedes Bauwerk ein Monitoring-Plan erstellt und Prüfungen am Bauwerk durchgeführt.
In einer Tiefgarage in Dresden wurde die C³-Instandsetzungsmethode bereits umgesetzt und wird laufend begutachtet. Ein zweites Bauwerk (Schleuse bei Schwedt) befindet sich derzeit noch in der Vorbereitung zur Durchführung der Instandsetzungsmaßnahme.
Abschließend werden eine Planungshilfe für die Anwendung des C³-Instandsetzungsverfahrens sowie Konzepte für die Integration und Anbindung der Methode an bestehende Richtlinien im Hoch- und Wasserbau erarbeitet.
Verbundkoordinator
Technische Universität Dresden, Institut für Baustoffe
Vorhabenleiter
Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine
Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Michaela Reichardt
+49 351 463 42 850
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Beteiligte C³-Partner
- Technische Univeristät Dresden, Institut für Baustoffe
- BARG Betontechnik und -instandsetzungs GmbH & Co. KG
- Specht, Kalleja + Partner GmbH
- Deutscher Ausschuss für Stahlbeton
- Bundesanstalt für Wasserbau
Laufzeit: 01.02.2017 bis 31.12.2019