Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton Abdichtung mit Injektionsverfahren Lösungen auch für schwierige Fälle

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1 Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton Abdichtung mit Injektionsverfahren Lösungen auch für schwierige Fälle

2 Grundlagen des Sanierungskonzeptes Bestandsaufnahme und Bauwerksdiagnostik Einleitung Eine Vielzahl der Bauwerke im Ingenieurbau, im Hoch- und Industriebau, im Wasser- und Tiefbau werden als wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton erstellt. Leider werden sowohl bei der Planung, als auch bei deren Ausführung oftmals Fehler gemacht, die zu Undichtigkeiten führen. Wasserführende Risse, flächige Durchfeuchtungen und undichte Fugen sind keine Seltenheit. Bei der nachträglichen Abdichtung derartiger Schadstellen handelt es sich im Regelfall um objektspezifische Maßanfertigungen, die sowohl vom Planer, als auch vom Ausführenden viel Erfahrung und Fachwissen erfordern. Je nach Konstruktion, Bauteilaufbau, Schadensbild, Beanspruchung und spezifischer Gegebenheiten des Objektes kann die Abdichtung durchunterschiedliche Injektionsverfahren erfolgen. Welche Methode eignet sich für den jeweiligen Anwendungsfall? Wie funktionieren die verschiedenen Methoden und was ist dabei zu beachten? Wo liegen die Grenzen der einzelnen Methoden? Was ist bei der Qualitätssicherung und der Dokumentation der Ausführungsarbeiten zu beachten? Der Beitrag gibt einen Überblick über die unterschiedlichen, derzeit in der Baupraxis bei wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton angewendeten Methoden zur nachträglichen Abdichtung durch Injektion. 2. Bestandsaufnahme und Bauwerksdiagnostik notwendige Grundlagen des Sanierungskonzeptes Die Planung der nachträglichen Abdichtung eines Bauwerks ist eine vielschichtige und anspruchsvolle Aufgabe, die sowohl vom Planer als auch vom Ausführenden vertieftes Fachwissen sowie Erfahrung und Sorgfalt erfordert. Für die Erstellung des Sanierungskonzeptes sind genaue Kenntnisse der Konstruktion und der objektspezifischen Randbedingungen erforderlich. Das vom sachkundigen Planer aufzustellende Sanierungskonzept sollte eine Beschreibung des Ist-Bauzustandes, das Instandsetzungsziel, das anzuwendende Abdichtungsverfahren und den für die Injektion zu verwendenden Füllstoff beinhalten. Die wesentlichen injektionstechnologischen Parameter, ggf. erforderliche flankierende Maßnahmen, sowie die Anforderung an die Qualitätssicherung sollten zusätzlich beschrieben bzw. vorgegeben werden. Hinweise, welche das Sanierungskonzept enthalten sollte, sind in Tabelle 1 angegeben. Um die für eine Sanierung richtige Abdichtungsmethode auswählen und fachgerecht planen zu können, sind detaillierte Kenntnisse der vorhandenen Bausubstanz und der spezifischen Gegebenheiten erforderlich. Tabelle 1: Welche Angaben sollte das Sanierungskonzept enthalten? Ziel und Methode Beschreibung des Ist-Bauzustandes Angaben zur Injektionstechnologie Sonstige Angaben Festlegung des Instandsetzungsziels Wahl des anzuwendenden Abdichtungsverfahrens Art und Aufbau der Konstruktion, Zustand der Bauteile, Wasserdruck, Fugen- und Rissbewegungen, vorangegangene Maßnahmen, bei Schleiervergelung auch Angaben zum Baugrund (siehe auch Kapitel 3.5) Benennung des zu verwendenden Füllstoffes bzw. dessen Eigenschaften 1- oder 2-Komponenten-Injektionstechnologie Lage und Abstand der Bohrungen/, Bohrlochtiefe, Durchmesser Angaben zum Injektionsvorgang, ggf. auch zur Vorinjektion und zur Reaktionszeit, maximaler Injektionsdruck Zeitpunkt der Injektion (v. a. bei zeitabhängigem Bauteilverhalten, das zu Riss- und Fugenbewegung führt) u. U. Zeitpunkt der Nachverpressung Beschreibung von flankierenden Maßnahmen (z. B. Maßnahmen zur Standsicherheit, Trocknungsmaßnahmen, Schutzmaßnahmen, ) ggf. erforderliche Genehmigungen (z. B. bei Injektionen in den Baugrund) und ggf. erforderliche Prüfzeugnisse Anforderung an die Qualitätssicherung und Dokumentation Einige Fragen, die für die Planung der Sanierung wichtig sind, werden im Folgenden angegeben: Wie ist die Konstruktion aufgebaut und welche Bauteilstärke weist sie auf? Stimmen die vorgefundenen Bauteile mit den Angaben in den Planunterlagen überein? Sind die Bauteilbewegungen schon abgeschlossen oder mit welchen ist noch zu rechnen? Welcher maximale Wasserdruck wirkt auf die Konstruktion ein? Wie sieht das planerische Gesamtsystem der Fugenabdichtung aus? Welche Fugenabdichtungen wurden eingebaut? Für welche Bewegungen/ Wasserdruck wurde die vorhandene Abdichtung bemessen? Wie wurden die Anschlusspunkte und Stöße ausgeführt? Mit welchem Fugenbandtyp wurde die Fuge abgedichtet? Welche Breite hat das Fugenband? Wurde tatsächlich das in den Ausführungsplänen angegebene System eingebaut? Sind an den Fugenbandschenkeln Injektionsschlauchsysteme als zusätzliche Maßnahme angeordnet? Wurden in den Arbeitsfugen Injektionsschlauchsysteme als alleinige oder als zusätzliche Maßnahme eingebaut? Wurden die Injektionsschlauchsysteme schon verpresst oder stehen sie noch für eine Verpressung zur Verfügung? Sind die Verpressenden noch zugänglich? Wo sind die Verwahrdosen oder Nagelpacker angeordnet? Wie ist das angrenzende Erdreich beschaffen (Bodenart und -zusammensetzung, Korngrößenverteilung, Porenanteil, Lagerungsdichte, Wassergehalt, Durchlässigkeit des Bodens, )? Sind die abzudichtenden Konstruktionen frei und für eine Sanierung zeitlich uneingeschränkt zugänglich oder nur zu bestimmten Zeiten, z. B. im Fall von U-Bahn Betrieb? Wurden bereits Sanierungsmaßnahmen durchgeführt? Wenn ja, welche? Welche Füllstoffe wurden dabei verwendet? Welche Probleme sind bei der Durchführung der Maßnahmen aufgetreten? Bei welchen objektbezogenen Randbedingungen wurden diese Maßnahmen durchgeführt? 2

3 Injektionsverfahren im Überblick Planung der Sanierung Dies sind nur einige Fragen, die für die richtige Auswahl der Methode zur nachträglichen Abdichtung und die Planung der Sanierung wichtig sind. Bei Rissen ist es von Bedeutung, die Rissursache, die Rissbreite, die Rissbreitenänderung (kurzzeitig, täglich, langzeitig), den Risszustand (Feuchtigkeit, Verschmutzung) und den Rissverlauf zu kennen. Um ein fachgerechtes Instandsetzungskonzept aufstellen zu können, muss zunächst die Frage nach deren Ursache gestellt werden. Leider ist diese oftmals nicht einfach zu beantworten. Typische Planungs- und Ausführungsfehler, die zu Undichtigkeiten in der Konstruktion führen können, werden ausführlich u. a. in [1 3] beschrieben. 3. Injektionsverfahren zur nachträglichen Abdichtung undichter Konstruktionen Für die Sanierungsplanung stellt sich die Frage nach der geeigneten Methode. Prinzipiell stehen folgende Möglichkeiten der Injektion zur Verfügung: Füllen der Durchgängigkeiten (Risse, Fehlstellen, Hohlräume, Fugen) mit Injektionsmaterial (Riss- oder Rasterinjektion, Fugenvergelung) Verhinderung des Wasserzutritts zur Konstruktion bzw. Fuge durch Ausbildung eines geschlossenen Injektionsschleiers vor der Konstruktion (Schleiervergelung) oder durch Füllen von Bauteil- bzw. Bauwerkszwischenräumen (Flächeninjektion). Welche Methode letztlich zum Einsatz kommt, hängt von einer Vielzahl von Parametern ab. Bauwerk, Art und Aufbau der Bauteile, Schadensbild und -ursache, Fugenart, Beanspruchung (Wasserdruck, Verformung), ggf. sonstige spezifische Gegebenheiten des Objektes, Zugänglichkeit, zeitlicher Aufwand, nicht zuletzt aber auch wirtschaftliche Überlegungen, sowie die Vorstellungen, die Vorgaben und das Sicherheitsbedürfnis des Bauherrn sind entscheidende Parameter für die Auswahl des Verfahrens. Die Wahl der Sanierungsmethode ist eine objekt- und schadensspezifische Maßanfertigung. Einen Überblick über die verschiedenen Methoden zur nachträglichen Abdichtung durch Injektion und deren Einsatzbereich gibt Tabelle 2. Werksfoto DESOI Tabelle 2: Injektionsverfahren zur nachträglichen Abdichtung undichter Konstruktionen Methode Rissen Arbeitsfugen Hohlräumen und Gefügestörungen Wasserdurchlässigkeit bei Dehnfugen Sollrissquerschnitte Umläufigkeit des Dichtteils Beschädigung des Dehnteils Durchdringungen (z. B.Rohrdurchführungen) Partielle Injektion über x x x x x Flächeninjektion im Bauteil (Rasterinjektion) x Vergelung der Fuge (erdreichseitig) x Vergelung der Fuge (luftseitig, in Kombination mit einer Verdämmung) x Flächeninjektion an der Bauteilaußenseite (Schleiervergelung) Flächeninjektion in Bauteil- oder Bauwerkszwischenräume Nachverpressung über ein Injektionsschlauchsystem x x x x 1, 2 x 1, 2 1 Einfachverpressbares, aber noch nicht verpresstes Injektionsschlauchsystem, 2 Wieder- oder mehrfachverpressbares Injektionsschlauchsystem, das für eine Nachverpressung verwendet werden kann Hinweis Im Folgenden wird auf die verschiedenen Abdichtungsmethoden eingegangen. In allen Fällen hängt der Erfolg der nachträglichen Abdichtung maßgeblich von der Qualifikation, der Erfahrung und der Sorgfalt der Ausführenden ab. 3

4 Rissverpressung über Anordnung der 3.1 Rissverpressung über Treten bei wasserundurchlässigen Bauteilen aus Beton wasserführende Risse auf, so können diese durch die Injektion eines geeigneten Füllstoffes über abgedichtet werden. Hierzu werden Bohrkanäle in das Bauteil eingebracht, die den Riss im Regelfall im 45 -Winkel kreuzen. Nach dem Ausblasen der Bohrkanäle werden in die Kanäle eingesetzt, über die die Arbeitsfuge mit einem geeigneten Füllstoff verpresst wird. Der Abstand der hängt von den objektspezifischen Randbedingungen (Bauteildicke, Rissweite) und den Eigenschaften des Injektionsmaterials (Verarbeitungszeit, Viskosität) ab. In der Regel beträgt der Abstand zwischen den n d/2, wobei mit d die Dicke des Bauteils bezeichnet wird. Durch die in den Abbildungen 1 und 2 dargestellte wechselseitige Anordnung der werden auch im Bauteil verspringende Risse erfasst. Bei den Bohrungen ist nach [5] sicherzustellen, das die tragende Bewehrung nicht beschädigt wird. Während der Injektion wird der Materialfluss über den Füllgutaustritt aus den benachbarten offenen n kontrolliert. Beim Füllen der Risse ist sicherzustellen, das Wasser und/oder Luft während der Injektion entweichen kann. Bei vertikalen Rissen erfolgt die Injektion beginnend am tiefstgelegenen von unten nach oben. Um Schäden in der Betonstruktur zu vermeiden, sollte der maximale Injektionsdruck im Regelfall auf ⅓ der Beton- Nenndruckfestigkeit begrenzt sein. Nach Beendigung der Injektion werden die entfernt und die Öffnungen mit einem schwindarmen Mörtel verschlossen. Hinweise zur Rissverpressung sind in der DAfStb-Richtlinie Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen [4], in der ZTV-ING [5] und in der ÖVBB-Richtlinie Injektionstechnik - Teil 1: Bauten aus Beton und Stahlbeton [6] zu finden. Welche Füllstoffe kommen für die abdichtende Rissinjektion in Frage? Die WU-Richtlinie [7, 8] schränkt die Verwendung auf solche Füllstoffe ein, welche die Anforderungen nach der DAfStb-Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen [4] erfüllen. In der ZTV-ING [5] sowie in der DAfStb- Richtlinie Schutz und Instandsetzen von Betonbauteilen [4] werden als Füllstoffe u. a. Polyurethanharz, Zementleim und Zementsuspension benannt. Die Leistungsmerkmale der Füllstoffe sind in DIN EN [9] und DIN V [10] beschrieben. Bei den Injektionsharzen auf Polyurethanbasis handelt es sich um lösungsmittelfreie, niedrigviskose, elastische, porenbildende Füllstoffe (PUR-I), die ihre Abdichtwirkung über Flankenhaftung erzielen. Zur Verminderung der Wasserzufuhr bei stark drückendem Wasser können in begründeten Ausnahmefällen Polyurethanschäume (SPUR-I) vorinjiziert werden. Unter Wasserzufuhr bilden diese einen feinzelligen, offenporigen Schaum, der temporär die Wasserzufuhr mindert, jedoch keine dauerhaft abdichtende Wirkung hat. Die Injektion mit Polyurethanharz (PUR-I) sollte unmittelbar anschließend über zusätzliche erfolgen. Neben dem Polyurethanharz kommen auch Zementleim und Zementsuspension zum Einsatz. Diese eigenen sich bei hohlraumreichem Beton und größeren Hohlräumen für eine kostengünstige Vorinjektion. Neben den genannten Füllstoffen werden in der Baupraxis abweichend von [4] oftmals auch Acrylatgele eingesetzt, die durch ihre Quellfähigkeit bei Wasserzutritt abdichten [17]. Sie zeichnen sich durch ihre niedrige Viskosität und ihr hohes Penetrationsvermögen aus. Acrylatgele dürfen in Stahlbetonkonstruktionen nach [11] nur dann verwendet werden, wenn nachgewiesen ist, dass vom Acrylatgel keine Korrosionsgefahr für die Bewehrung ausgeht. Unabhängig von dieser Fragestellung können nach [11] Acrylatgele für Schleierinjektion außerhalb des Bauteils verwendet werden. Bei einer Anwendung im Erdreich muss im Hinblick auf das Grundwasser jedoch die Umweltverträglichkeit des Acrylatgels entsprechend nachgewiesen werden, siehe auch Kapitel 3.5. Weiterführende Hinweise zu Füllstoffen sind u. a. auch in [4, 5, 11, 12, 21] zu finden. Abbildung 1: Rissverpressung über 45 ~d/2 ~d/2 Als Faustformel gilt: max. Injektionsdruck ⅓ der Nenndruckfestigkeit des Betons d Trennriss Abbildung 2: Anordnung der bei der Rissverpressung (nach ZTV-ING [5]) Abstand der r r r r Injektionsrichtung Trennriss t Wirkzone des Packers 4

5 Flächeninjektion Sanierung undichter Arbeitsfugen 3.2 Flächeninjektion in Bauteile (Raster- oder Hohlrauminjektion) Bei flächigen Gefügestörungen und Durchfeuchtungen von Bodenplatten und Wänden kann die nachträgliche Abdichtung durch eine Flächeninjektion in das Bauteil erfolgen. Hierzu werden in das Bauteil im Bereich der Schadstelle rasterartig Bohrkanäle eingebracht (siehe Abbildung 3), über die mittels Kapillaren, Poren und Hohlräume mit einem geeigneten Füllstoff verfüllt und abgedichtet werden. Im Gegensatz zur Schleierinjektion (vgl. Kapitel 3.5) wird das Bauteil bei Bohrungen für die Raster- oder Hohlrauminjektion nicht vollständig durchbohrt. Das Rastermaß und die Bohrlochtiefe müssen auf die objektspezifischen Randbedingungen abgestimmt werden. Durch die Flächeninjektion wird das Bauteil selbst als Abdichtungselement ertüchtigt. Die Wahl des Füllstoffs hängt u. a. von der Durchlässigkeit des Betongefüges ab. Eine möglichst gute Verteilung des Füllstoffes im Bauteil wird durch die Verwendung von Füllstoffen mit niedriger Viskosität, also möglichst dünnflüssigen Füllstoffen, erreicht. Bei Injektionen in Hohlräume, aber auch in Bauteil- bzw. Bauwerkszwischenschichten sind Polyurethanschäume (SPUR-I) ausgeschlossen, da nach deren Anwendung im Regelfall eine raumfüllende, abdichtende Injektion mit einem Polyurethanharz (PUR-I) nicht mehr möglich ist. ~d/2 ~d/2 ~d/2 ~d/2... Als Faustformel gilt: Bohrlochabstand = ½ Bauteildicke Bohrlochtiefe = ¾ Bauteildicke Abbildung 3: Flächeninjektion in ein Bauteil d ~¾ d Gefügestörungen und Hohlstellen 3.3 Sanierung undichter Arbeitsfugen Injektion über Eine undichte Arbeitsfuge kann, ähnlich wie bei der Rissverpressung, durch Injektion eines geeigneten Füllstoffes abgedichtet werden. Hierzu werden im Anschlusspunkt zwischen Bodenplatte und Wand, wie in Abbildung 4 dargestellt, Bohrkanäle eingebracht, die die Arbeitsfuge im 45 -Winkel kreuzen. Die Injektion des Füllstoffes erfolgt über, die nach dem Ausblasen der Bohrkanäle in diese eingesetzt und verspannt werden. Der maximale Abstand zwischen den n sollte im Regelfall d/2 betragen. Wie bei der Rissverpressung wird der Materialfluss während der Injektion über den Füllgutaustritt aus den benachbarten offenen n kontrolliert. Bei vertikalen Fugen erfolgt die Verpressung von unten nach oben. Nach Beendigung der Injektion werden die Packer entfernt und die Öffnungen mit einem schwindarmen Mörtel verschlossen. Hinweise zur Ausführung sind auch in der DAfStb-Richtlinie Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen [4] und in der ZTV-ING, Teil 3 Massivbau, Abschnitt 5 - Füllen von Rissen und Hohlräumen in Beonbauwerken [5], zu finden. Als Füllstoffe für die abdichtende Injektion kommen nach der DAfStb-Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen [4] v. a. Polyurethanharz in Frage (siehe auch Kapitel 3.1) Verpressung der Arbeitsfuge über ein Injektionsschlauchsystem Liegt in der Arbeitsfuge -wie in Abbildung 5 gezeigt- ein planmäßig eingebautes, noch nicht verpresstes oder ein wieder- bzw. mehrfachverpressbares Injektionsschlauchsystem, so kann die Arbeitsfuge über dieses mit einem geeigneten Füllstoff verpresst werden. Voraussetzung hierfür ist, dass das Injektionsschlauchsystem fachgerecht eingebaut wurde, noch nicht abschließend verpresst ist und die Verpressenden noch zugänglich sind. Bei einmal verpressbaren, schon injizierten Injektionsschlauchsystemen oder wenn die Verpressenden nicht mehr zugänglich sind, muss die Injektion, wie im Abschnitt beschrieben, über erfolgen. Gleiches gilt für die Fälle, bei denen das Verpressen des Injektionsschlauchsystems nicht zu dem gewünschten Dichterfolg geführt hat. Die Ursache hierfür kann z. B. ein fehlerhafter Einbau oder eine Beschädigung des Injektionsschlauchsystems sein. Entsprechende Beispiele sind u. a. in [2, 22] zu finden. Bauteildicke d Abbildung 4: Verpressung einer Arbeitsfuge zwischen Bodenplatte und Wand [2] Injektionsschlauch Abbildung 5: Injektionsschlauch in der Arbeitsfuge zwischen Bodenplatte und Wand (Beispiel) Arbeitsfuge 45 ~d/2 5

6 Instandsetzung undichter Dehnfugen Dehnfugenband 3.4 Instandsetzung undichter Dehnfugen Die Abdichtung undichter Dehnfugen ist schwieriger und anspruchsvoller als die Abdichtung wasserführender Risse und undichter Arbeitsfugen. Dies gilt sowohl für die Instandsetzungsplanung als auch für die Ausführung der Maßnahme. Treten Undichtigkeiten bei Dehnfugen auf, so ist es für die Sanierung hilfreich, die Ursache zu kennen. Prinzipiell muss bei undichten Dehnfugen zwischen folgenden Fällen unterschieden werden: Wasserdurchtritt bei Beschädigung des Fugenbanddehnteils (z. B. durch mechanische Beschädigung des Fugenbandes beim Einbau, durch Überbeanspruchung des Fugenbandes oder durch nicht fachgerecht ausgeführte Verbindungen und Stöße, mangelhafte chemische Beständigkeit des Fugenbandes), siehe Abbildung 6a. Wasserumläufigkeit im Bereich des Fugenbanddichtteils (z. B. als Folge von nicht fachgerecht einbetonierten Fugenbandschenkeln oder Hohlräumen, zu großer Fallhöhe des Betons, mangelhafter Verdichtung), siehe Abbildung 6b. Um eine undichte Dehnfuge fachgerecht abdichten zu können, müssen neben der Beanspruchung (Wasserdruck, Verformung) auch die Lage, der Umfang und möglichst die Ursache der Fehlstelle bekannt sein. Häufig kann aber die Frage, ob die Undichtigkeit durch eine Wasserumläufigkeit im Dichtteil des Dehnfugenbandes oder durch eine Beschädigung des Dehnteils verursacht wurde, nicht eindeutig beantwortet werden. In diesen Fällen wird in der Regel nach dem Ausschlussprinzip vorgegangen und zunächst der Dichtteil im betroffenen Fugenabschnitt entsprechend Abschnitt injiziert. Wenn diese Maßnahme nicht den gewünschten Erfolg erbringt, wird die Fuge im Regelfall anschließend z. B. entsprechend Abschnitt verpresst oder durch eine partielle Schleiervergelung entsprechend Abschnitt 3.5 unmittelbar vor dem Bauteil abgedichtet. Letztere Maßnahmen sind aber nur für den Fall geeignet, dass keine größeren Fugenbewegungen zu erwarten sind. Wasserdurchtritt Dehnfuge Wasserumläufigkeit Dehnfuge 6a undichter Dehnteil beschädigter Dehnteil innenliegendes Dehfugenband 6b umläufiger Dehnteil Abbildung 6: Ursachen für einen Wasserdurchtritt bei Dehnfugen am Beispiel eines innenliegenden Dehnfugenbandes [3] haufwerkporiges Betongefüge (Kiesnest) innenliegendes Dehfugenband Schadensursache: Dehnfugenband mit umläufigem Dichtteil Fehler beim Einbau von Fugenbändern, vor dem Betonieren nicht entfernte Verschmutzungen oder nicht abgetautes Eis auf dem Dichtteil, Verletzungen des Dichtteils durch Nägel oder Bewehrungsenden, umgeklappte Dichtschenkel durch unzureichende Befestigung, Betonierfehler oder eine unzureichende Verdichtung können zu einer Wasser-umläufigkeit im Bereich des Dichtteils von Dehnfugenbändern und zu undichten Fugen führen. Um diese Umläufigkeiten abzudichten, müssen die wasserführenden Hohlräume, Risse und Fehlstellen im Bereich des Dichtteils mit einem abdichtenden Injektionsmaterial gefüllt werden. Dies kann durch eine partielle Injektion über erfolgen oder in Fällen, in denen am Dichtschenkel des Fugenbandes ein Injektionsschlauchsystem angeordnet ist, über dessen Injektion Abdichten des Dichtteils durch partielle Injektion über Bei einer Wasserumläufigkeit des Fugenband-Dichtteils können Hohlräume und Fehlstellen im Bereich des Dichtteils durch Injektion eines geeigneten Füllstoffes, z. B. PUR, über abgedichtet werden. Hierzu werden in der Regel nach dem Ausschlussprinzip nacheinander beide Dichtteile zunächst im betroffenen Bereich, wie in Abbildung 7 schematisch dargestellt, wechselseitig mit einem Abstand von cm angebohrt. Dabei ist darauf zu achten, dass bei der Bohrung lediglich der Dichtteil, nicht jedoch der Dehnteil des Fugenbandes getroffen wird. Der Abstand der Bohrungen zur Dehnfuge muss auf das Fugenband abgestimmt sein, damit der Dehnteil nicht verletzt wird. Nach Reinigen der Bohrkanäle von Bohrstaub und dem Einbau von n erfolgt die Verpressung mit dem Füllstoff über die. Während des Verpressvorgangs wird der Materialfluss an den angrenzenden offenen n kontrolliert. Über diesen kann auch die verdrängte Luft entweichen. Abbildung 7: Verpressung von Hohlstellen am Dichtteil bei innenliegendem Dehnfugenband [2] Dehnfuge Betonierschatten Fugenfüllplatte innenliegendes Dehnfugenband mit umläufigem Dichtteil 6

7 Instandsetzung undichter Dehnfugen Dehnfugenband Abdichten des Dichtteils durch Verpressung über Injektionsschlauchsysteme Sind am Dichtteil der Fugenbänder, wie z. B. in der ZTV-ING [5] planmäßig vorgesehen und in Abbildung 8 dargestellt, Injektionsschlauchsysteme als zusätzliche Maßnahme befestigt und noch nicht verpresst, so kann die Verpressung von Fehlstellen und Hohlräumen im Bereich des Dichtteils über diese erfolgen. Hierdurch entfallen die aufwändigen Bohrungen und eine Verpressung über. Voraussetzung für den Erfolg dieser Methode ist allerdings, dass das Injektionsschlauchsystem fachgerecht eingebaut wurde und die Verpressenden bzw. die Verwahrdosen noch zugänglich sind Schadensursache: Fugenband mit undichtem bzw. beschädigtem Dehnteil Injektion der Dehnfuge zwischen Fugenband und wasserzugewandter Bauteiloberfläche (Vergelung der Fuge) Bei einem beschädigten und undichten Dehnteil des Fugenbandes kann die Dehnfuge mit einem flexiblen Füllstoff, z. B. feststoffreichem Acrylatgel oder gefülltem Polyurethanharz, verpresst und abgedichtet werden. Hierzu wird die Dehnfuge, wie in Abbildung 9 dargestellt, zwischen Erdreich und Dehnfugenband angebohrt. Die Injektion des Füllstoffes geschieht über, in die Bohrkanäle nach dem Ausblasen eingesetzte,. Hierbei dienen das Erdreich und das einbetonierte Dehnfugenband als Widerlager für die Injektion. Die Kontrolle des Materialflusses erfolgt bei der Verpressung über offene benachbarte oder eine Entlüftungsbohrung. Nach Beendigung der Injektion werden die entfernt und die Öffnungen mit einem schwind-armen Mörtel verschlossen. Bei der Maßnahme ist es wichtig, dass die physikalischen Eigenschaften des Füllstoffes (z. B. Reaktionszeit, Fließeigenschaften) auf die objektspezifischen Gegebenheiten abgestimmt sind. Nach [11] muss die Eignung des einzusetzenden Füllstoffes nachgewiesen werden. Hierbei ist auch auf die Verträglichkeit mit dem Fugenband zu achten. Aufgrund der begrenzten Dehnfähigkeit der Füllstoffe beschränkt sich diese Methode auf Anwendungsfälle, bei denen die Fugenbewegung abgeschlossen ist oder keine wesentliche Fugenbewegung mehr zu erwarten ist. Bei stark drückenden und fließendem Wasser, wie z. B. bei Schleusen und anderen Verkehrswasserbauwerken, kann die Verwendung von Acrylatgelen in Dehnfugen nach [20] aufgrund von Verdünnungs- oder Ausspülungseffekten ggf. problematisch sein. Dehnfuge Dehnfuge Injektionsschlauchsystem Fugenfüllplatte ggf. Entlüftungsbohrung Dehnfugenband haufwerksporige Betonstruktur Betonierschatten Dehnfugenband beschädigter Dehnteil Abbildung 8: Verpressung von Hohlstellen im Bereich des Dichtteils über eingebaute Injektionsschläuche [2] Abbildung 9: Vergelung der Fuge bei beschädigtem Dehnteil [2] Injektion der Dehnfuge zwischen Fugenband und wasserabgewandter Bauteiloberfläche Eine undichte Dehnfuge kann auch abgedichtet werden, indem die Fuge auf der raumseitigen Bauteilseite wie in Abbildung 10 dargestellt temporär abgeschalt wird und anschließend der Zwischenraum zwischen dem Fugenband und der raumseitigen Abschalung über mit feststoffreichem Acrylatgel oder gefülltem Polyurethanharz verpresst wird, siehe auch [11]. Um ein Austrocknen und Schwinden des Injektionsmaterials zu verhindern, wird die Fuge nach der Injektion und dem Entfernen der Abschalung mit einem Fugenfüllprofil, einem Kompressionsprofil, einer dauerelastischen Fugenverschlussmasse, einem streifenförmigen Abklebesystem oder einer Blechabdeckung verschlossen bzw. abgedeckt. temporäre Verdämmung /Abschalung PE-Fugenfüller ca cm Abbildung 10: Injektion des Zwischenraumes zwischen Fugenband und raumseitiger Bauteiloberfläche [2] Füllstoff, z. B. feststoffreiches/ polymerverstärktes Acrylatgel Dehnfugenband beschädigter Dehnteil Fugenfüllplatte 7

8 Schleierinjektion Werksfoto DESOI 3.5 Schleierinjektion an der Bauteilaußenseite Undichte Konstruktionen können objektabhängig auch durch eine Flächeninjektion an der Bauteilaußenseite (Schleierinjektion) abgedichtet werden. Hierbei verhindert ein vor dem Bauteil ausgebildeter Gelschleier (Gel- Erdreich-Gemisch) den Wasserzutritt zur Konstruktion oder in die Dehnfuge. Typische Anwendungsfälle für die Schleierinjektion sind die nachträgliche Abdichtung von Tunnelbauwerken und Kellerwänden im drückenden Grundwasser, die von außen nicht zugänglich sind und für die aus statischer Sicht keine Verstärkung der Bauteile erforderlich ist. Die Schleierinjektion ist eine abdichtende Injektion, die jedoch in statischer Hinsicht keine Verstärkung der Bauteile bewirkt. Bei der Schleierinjektion müssen zunächst, wie in Abbildung 11 prinzipiell dargestellt, rasterartig Bohrungen durchgeführt werden, die die gesamte Konstruktion durchstoßen. Über in die Bohrungen eingebaute wird das Erdreich vor dem Bauteil im Regelfall mit Acrylatgel verpresst. Idealerweise bildet sich dadurch erdreichseitig vor den Austrittstellen des Injektionsmaterials jeweils ein halbkugelförmiger Injektionskörper (Gel-Erdreich-Gemisch), bei dem das Erdreich dem Acrylatgel als Stützgerüst dient. Die Abstände der sollten nach [11] so gewählt werden, dass sich vor dem abzudichtenden Bauwerk ein mindestens 10 cm dicker Gelschleier von sich überschneidenden halbkugelförmigen Injektionskörpern (Gel-Erdreich-Gemisch) ausbildet. Anhaltswerte für den Abstand der sind in Abhängigkeit der Durchlässigkeit des Bodens in Tabelle 3 angegeben. Bei durchlässigen Böden beträgt der Abstand der im Regelfall cm, bei stark bis sehr stark durchlässigen Böden etwa cm. Bei sehr schwach durchlässigen Böden bildet sich in der Regel kein zusammenhängender Gel-Erdreich-Körper, sondern bestenfalls nur ein dünner Gelschleier entlang der Grenzfläche Bauwerk Erdreich. Der Abstand zur Geländeoberfläche sollte je nach Durchlässigkeit und Verdichtung des Bodens objektspezifisch cm nicht unterschreiten. Der Erfolg der Schleiervergelung hängt maßgeblich von dem Baugrund, der Injektionstechnologie und den Eigenschaften des Injektionsmaterials ab. Damit der gewünschte Abdichtungserfolg erreicht wird, müssen die unterschiedlichen Einflussgrößen aufeinander abgestimmt sein. Daher sind bei einer Schleiervergelung detaillierte Kenntnisse über den anstehenden Boden erforderlich, wie z. B. Bodenart und -zusammensetzung, Korngrößenverteilung, Porenanteil, Lagerungsdichte, Wassergehalt und Durchlässigkeit des Bodens. Neben diesen Parametern ist die Ausbreitung des Injektionsmaterials und damit der Vergelungserfolg auch abhängig von der Art der Injektion (einstufige bzw. zweistufige Injektion), dem Injektionsdruck, der Injektionsgeschwindigkeit, der Reaktionszeit des Injektionsmaterials sowie dem Abstand der (horizontal, vertikal), siehe auch [1, 11, 13-16]. Bei der Wahl des Injektionsmaterials sind u. a. auch die chemische Beschaffenheit des Wassers und die Umweltverträglichkeit des Füllstoffes zu beachten. Der Erfolg der Schleierinjektion hängt auch von den Fähigkeiten und Erfahrungen des Ausführenden ab. Schleierinjektionen sollten daher nur von Fachkräften ausgeführt werden, die über die entsprechenden Erfahrungen verfügen. Tabelle 3: Erfahrungswerte für Abstände der bei einer bauteilnahen Abdichtungsinjektion mit Acrylatgel (in Anlehnung an [12]) Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens Klassifizierung des Bodens Bohrraster/Packerabstand k > 10-2 m/s sehr stark durchlässig 10-2 m/s k < 10-4 m/s stark durchlässig 10-4 m/s k < 10-6 m/s durchlässig 10-6 m/s k < 10-8 m/s schwach durchlässig ca cm ca cm k < 10-8 m/s sehr schwach durchlässig * * Bei sehr schwach durchlässigen Böden bildet sich in der Regel kein zusammenhängender abdichtender Gel-Erdreich-Körper, sondern auch bei engem Abstand der und/ oder höherem Injektionsdruck bestenfalls nur ein dünner Gelschleier entlang der Grenzfläche Bauwerk Erdreich. Werksfoto DESOI 8

9 Schleierinjektion / Flächeninjektion Hinweis Injektionen des Baugrundes sind nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) genehmigungspflichtig. Daher ist vor Beginn der Vergelungsarbeiten eine entsprechende Genehmigung bei der zuständigen Unteren Wasserbehörde und beim Amt für Umweltschutz einzuholen, siehe [11]. Weitere Hinweise zu Schleierinjektionen finden sich auch in [1, 11, 13 16, 21]. Abbildung 11: Beispiel einer Schleiervergelung ca cm (je nach Durchlässigkeit und Verdichtungsgrad des Bodens) Bemessungswasserstand Bodenplatte entsprechend der WU-Richtlinie Schleierinjektion 11a Prinzipskizze [15] 11b freigelegter Injektionsschleier 3.6 Flächeninjektion in Bauteil- oder Bauwerkszwischenräumen Flächige Verteilebenen, wie z. B. Konstruktionen mit einer Trennfläche zwischen Baukörper und Dichtungsbahn (mit/ohne Vlieseinlage), Zwischenräume zwischen mehrlagigen Flächenabdichtungssystemen, die Grenzschicht zwischen Wand und Dämmung, aber z. B. auch Vliesschichten im Tunnelbau wirken als Verteilebene für das Injektionsmaterial und als Schicht, in der sich ein zusammenhängender abdichtender Injektionsschleier ausbilden kann. Sind flächig injizierbare Bauteil- bzw. Bauwerkszwischenräume vorhanden, kann die nachträgliche Abdichtung der Konstruktion auch durch Injektion dieser Zwischenräume mit einem geeigneten Füllstoff erfolgen, siehe Abbildung 12. Bei der Flächeninjektion in Bauteil- oder Bauwerkszwischenräume müssen die Injektionsparameter wie Bohrlochabstand, -tiefe und die Injektionstechnik so gewählt werden, dass sich im Zwischenraum eine zusammenhängende Abdichtungsebene ausbildet. Die Bohrungen sind hierbei mit besonderer Sorgfalt durchzuführen, damit ggf. vorhandene, noch funktionsfähige Abdichtungsebenen nicht verletzt oder zerstört werden. Die Auswahl des geeigneten Füllstoffes erfolgt in Abhängigkeit der objektspezifischen Randbedingungen, z. B. mit Füllstoffen auf Acrylat- bzw. Polyurethanbasis. Wie bei Injektionen in Hohlräume ist aber auch bei Injektionen in Bauteil- bzw. Bauwerkszwischenschichten die Verwendung von den nur temporär abdichtenden Polyurethanschäumen (SPUR-I) als Vorinjektion ausgeschlossen, da hiernach im Regelfall eine raumfüllende, abdichtende Hauptinjektion nicht mehr möglich ist. injizierbare Bauteil- oder Bauwerkszwischenschicht alsverteilungsebene für den flächig abdichtenden Füllstoff Abbildung 12: Vergelung der Fuge bei beschädigtem Dehnteil 9

10 Qualitätssicherung Zusammenfassung 4. Qualitätssicherung bei der nachträglichen Abdichtung mit Injektionsverfahren Bei den Injektionsverfahren zur nachträglichen Abdichtung von Bauwerken ist der Erfolg der Maßnahme im Regelfall nicht unmittelbar festzustellen und zu prüfen, sondern nur indirekt über die Kontrolle des Injektionsprozesses und des sich in Abhängigkeit der Zeit ändernden Feuchtezustandes des Bauwerks. Daher sind die Qualitätssicherung und damit verbunden eine möglichst genaue Dokumentation während der Injektionsarbeiten von großer Bedeutung. Zum einen können die hierdurch gewonnenen Daten schon während der Maßnahme Hinweise auf eine Anpassung der Injektionsparameter an die vorgefundenen objektspezifischen Gegebenheiten bieten. Zum anderen liefern sie aber auch wertvolle Hinweise für weitere Maßnahmen, wenn sich kein ausreichender Abdichtungserfolg einstellen sollte. Für das Injektionsverfahren relevante Angaben, wie z. B. Datum und Uhrzeit der Verpressung Luft und Bauteiltemperatur Angaben zu den n (Lage, Abstand, Bohrlochtiefe) Abweichungen vom Instandsetzungskonzept Füllstoff (Art, Produktbezeichnung, Chargen-Nr., Mischungsverhältnis, Reaktionszeit, Temperatur des Injektionsmaterials) Materialverbrauch (ggf. je Komponente), Injektionsdruck (min/max) und dauer je Verlauf der Injektion (Reihenfolge der injizierten, Angabe der korrespondierenden während der Injektion, Nachinjektion, Ein- oder Mehrstufeninjektion) Besonderheiten während der Injektionsmaßnahme sollten daher möglichst präzise dokumentiert werden. Der Umfang der Dokumentation muss vom sachkundigen Planer im Sanierungskonzept festgelegt werden. Die Dokumentation kann gleichzeitig auch als Nachweis über die ausgeführten Injektionsarbeiten dienen. Neben dem manuellen Erfassen erlauben Injektionspumpen mit einem Mess- und Kontrollsystem die digitale Aufzeichnung der relevanten Injektionsparameter. Durch die permanente Überwachung u. a. des Mischungsverhältnisses der Einzelkomponenten des Füllstoffes sowie die Erfassung der Injektionsmengen und des Injektionsdruckes für jeden, wird der Injektionsvorgang genau dokumentiert und Mischfehler, Mengen- und Drucküberschreitung sofort erfasst. Durch diese Qualitätssicherung können Fehler frühzeitig erkannt und vermieden werden. Hinweise zur Qualitätssicherung und Dokumentation sind u. a. in [1, 4, 6, 11, 19, 23] zu finden. Werksfoto DESOI Zusammenfassung Bei wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton führen Fehler bei der Planung und Ausführung der Fugenabdichtung, aber auch beim Betonieren, häufig zu Undichtigkeiten im Fugenbereich. Die nachträgliche Abdichtung undichter Fugen ist keine Konfektion von der Stange, sondern eine Maßanfertigung, die u. a. auf die spezifischen Gegebenheiten des Objektes, die Fugenart, die Schadensursache, den Aufbau und die Lage des Bauteils, die Beanspruchung und die Zugänglichkeit der Konstruktion abgestimmt sein muss. Dies stellt hohe Anforderungen an Planung und Ausführung. In vielen Fällen bietet die Injektionstechnologie eine Möglichkeit, die Konstruktion nachträglich sicher und dauerhaft abzudichten. Je nach Konstruktion, Fugenart, Bauteilaufbau, Schadensbild, Beanspruchung und spezifischer Gegebenheiten des Objektes kann die Abdichtung durch partielle Injektion oder durch flächige Injektion in das Bauteil, in Bauteilzwischenräume oder vor dem Bauteil erfolgen. Da eine unmittelbare Kontrolle des Erfolges der Injektionsmaßnahme im Regelfall nicht möglich ist, kommt der Qualitätssicherung eine besondere Bedeutung zu. Diese stellt hohe Anforderungen an den Planer und Ausführenden. Der Beitrag gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Maßnahmen der nachträglichen Abdichtung und deren Anwendungsbereiche. Werksfoto DESOI 10

11 Autoreninformation Literaturverzeichnis Autoreninformation Prof. Dr.-Ing. Rainer Hohmann Prof. Dr.-Ing. Rainer Hohmann ist Professor für Bauphysik an der Fachhochschule Dortmund. Er ist Mitglied im Sachverständigenausschuss Bauwerks- und Dachabdichtung des DiBt¹ im DIN-Ausschuss der DIN 7865 Elastomer-Fugenbänder zur Abdichtung von Fugen in Beton, der DIN Abdichten von Fugen in Beton mit Fugenbändern und der DIN Fugenbänder aus thermoplastischen Kunststoffen zur Abdichtung von Fugen in Ortbeton, im DAfStb²-Unterausschuss Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton und in den DBV³-Arbeitskreisen Hochwertige Nutzung von Untergeschossen Bauphysik und Raumklima sowie Injektionsschlauchsysteme und quellfähige Einlagen für Fugen. Er ist Autor zahlreicher Fachpublikationen und Vorträge zum Thema Abdichtung von Betonbauwerken. ¹ Deutsches Institut für Bautechnik, ² Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e.v., ³ Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.v Literaturverzeichnis [1] Haack, A.; de Hesselle, J.; Hornig, U.: Wasserundurchlässiger Beton. In: Haack, A.; Emig, K.-F.: Abdichtung im Gründungsbereich und auf genutzten Deckenflächen. 2. Aufl., Berlin, Ernst und Sohn, 2003, S [2] Hohmann, R.: Abdichtung bei wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton. 2., überarb. und erw. Auflage, Stuttgart, Fraunhofer IRB Verlag, 2009 [3] Hohmann, R.: Joint Sealing in Waterproof Concrete Structures. Stuttgart, Fraunhofer IRB Verlag, 2011 [4] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungs-Richtlinie). 01/2001 [5] Bundesanstalt für Straßenwesen (Hrsg.): Zusätzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING), Teil 3 Massivbau, Abschnitt 5: Füllen von Rissen und Hohlräumen in Betonbauteilen. 04/2010 [6] ÖVBB-Richtlinie Injektionstechnik - Teil 1: Bauten aus Beton und Stahlbeton, Ausgabe 01/2008 [7] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie). Berlin, Beuth, 2003 [8] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Erläuterungen zur DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie). Heft 555, Beuth, Berlin, 2006 [9] DIN EN : Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken - Definitionen, Anforderungen, Qualitätsüberwachung und Beurteilung der Konformität - Teil 5: Injektion von Betonbauteilen. Beuth, Berlin, 07/2012 [10] DIN V 18028: Rissfüllstoffe nach DIN EN : mit besonderen Eigenschaften. Beuth, Berlin, 06/2006 [11] STUVA e.v, Köln (Hrsg.): ABI-Merkblatt Abdichtung von Bauwerken durch Injektion. 2., überarb. Auflage, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2007 [12] Graeve, H.: Nachträgliche Abdichtung von WU-Betonbauteilen. In: Bauphysikkalender 2004, Ernst & Sohn, 2004, S [13] Rudolph, M.; Hornig, U.: Nachträgliche Abdichtung von Betonbauwerken durch Gelinjektionen. In: Beton- und Stahlbetonbau 105 (2010), H. 9, S [14] WTA Merkblatt 5-20 Gelinjektion. 05/2009 [15] Hohmann, R.: Wesentliche Einflussparameter bei der Schleiervergelung vernässter Wohngebäude. In: Europäischer Sanierungskalender 2009, Berlin, Beuth Verlag, 2009, S [16] Hohmann, R.; Rennecke, N.: Nachträgliche Abdichtung vernässter Wohngebäude durch Schleiervergelung eine Lösung für alle Fälle? In: Bautenschutz H.4, 11/2008, S [17] Hermann, K.; Mahnert, U.: Nachträgliche Bauwerksabdichtung unter Einsatz von Acrylatgelen. In: Bausubstanz 3 (2010), S [18] Rudolph, M., Hornig, U.: Qualitätssicherung durch innovative Injektionstechnik. In: Tunnel, H. 3 (2008), S. 2 4 [19] Raupach, M.; Harnisch, J.; Wolff, L.: Korrosionsgefahr für die Bewehrung durch Acrylatgele? Ergebnisse eines Forschungsvorhabens. In: DBV Heft 13 Schäden im Betonbau und deren Vermeidung. 2007, S [20] Maisner, M.; Eßer, A.; Kwenjeu, A.; Westendarp, A.; Schnellenbach-Held, M.: Quellfähige Acrylatgele Eine Instandsetzungsalternative für Bewegungsfugen in Verkehrswasserbauwerken? In: Beton- und Stahlbetonbau, 107 (2012), H. 9, S [21] DB Richtlinie Nr : Vergelungsmaßnahmen Planung, Durchführung und Qualitätssicherung. 05/2005 [22] Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.v. (DBV e.v.): Merkblatt Injektionsschlauchsysteme und quellfähige Einlagen für Fugen. 01/

12 Injektionstechnik Mischtechnik Spritztechnik ISO 9001:2008 Certification DEKRA zertifiziert Qualitätsmanagement Wir sind zertifiziert Regelmäßige freiwillige Überwachung nach ISO 9001:2008 DESOI GmbH Gewerbestraße 16 D Kalbach/Rhön Telefon: Fax: Stand 04/13 Irrtum und technische Änderungen vorbehalten. Für Druckfehler übernehmen wir keine Haftung. Made in Germany