13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen

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1 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen 13.1 Anwendungsbereich Die Dichtheit von Betonbauwerken gegenüber Flüssigkeiten und Gasen ermöglicht ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen die Herstellung einschaliger Konstruktionen, bei denen der Beton die tragende und die abdichtende Funktion zugleich übernimmt. Beispiele aus der großen Fülle derartiger Bauwerke sind: Bauwerke im Grundwasser mit nutzbaren Innenräumen ( Weiße Wannen ) Wasserbehälter, einschließlich Trinkwasserbehälter Wasserrückhaltebehälter (mit Luftunterdruck) Schleusen und Talsperren Prüfbunker mit Luftüber- und Luftunterdruck Druckrohrleitungen, Wasserkanäle, Tunnel Schwimmfähige Konstruktionen wie Pontons, Schiffe, Offshore-Bauwerke Umweltschutzbauwerke zur vorübergehenden Aufnahme von umweltgefährdenden Flüssigkeiten jeder Art (Auffangwannen im Industriebereich) und dichte Ableitflächen (Chemielager und Tankstellen) (s. Abschnitt II.13.7) Kriterien für die Dichtheit einer Betonkonstruktion Die Dichtheit von Bauwerken allgemein ergibt sich aus der Erfüllung von drei Anforderungen: der Baustoff selbst muss hinreichend dicht sein (s. Abschnitt II.13.3) 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 529

2 die Bauteile dürfen keine durchlässigen Risse aufweisen (s. Abschnitt II.13.4.) alle Bauteilfugen müssen hinreichend dicht sein (s. Abschnitt II.13.5.) Daraus ergeben sich spezielle Anforderungen an wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (s. Abschnitt II.13.6) und an Betonbauwerke beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (s. Abschnitt II.13.7). Die Beurteilung der Dichtheit eines Bauwerks oder Bauteils beruht stets auf technischen Kriterien, die sich aus der Forderung nach Gebrauchsfähigkeit ergeben. Hierbei können die Abstufungen für die tolerierbare Durchlässigkeit eines Bauteils gegenüber Flüssigkeiten und Gasen in weiten Grenzen unterschiedlich sein. Die Forderung nach Null-Molekül-Durchgang ist weder sinnvoll noch erfüllbar. So kann eine Betonwand den gleichen Wasserdampfdiffusionswiderstand wie eine normgerechte Bitumen- oder Kunststoffdichtungsbahn aufweisen. Keine von beiden ist dicht im Sinne von Null-Durchgang, aber beide können technisch dicht sein im Sinne der geforderten Gebrauchsfähigkeit eines Bauteils Dichtheit des Baustoffs Beton Zementstein hat keine so dichte Struktur wie Metall oder Glas (s. Abschnitte I.4.2 und I.5.7). Eine sehr geringe Durchlässigkeit des Zementsteins und damit des Betons gegenüber Flüssigkeiten und Gasen auch wenn sie sich nur in einer bestimmten Eindringtiefe während der vorgesehenen Beaufschlagungsdauer ausdrückt ist vorhanden und muss erforderlichenfalls in Rechnung gestellt werden. Der Stofftransport kann über Diffusion, kapillares Saugen oder als laminare Strömung infolge eines Druckunterschieds erfolgen 530 II Beton

3 Verringerung des w/z-werts 0,20 0,40 0,60 Verringerung des Kapillarporenvolumens 0 % 20 % 50 % 100 % Steigerung des Hydratationsgrads Zementklinker wassergefüllte Kapillarporen Zementgel Bild II : Verringerung des Kapillarporenvolumens von Zementstein durch niedrigen Wasserzementwert und hohen Hydratationsgrad (s. Bild I.5.7-2). Während der Transport durch Diffusion sowohl in den Gelporen als auch in den Kapillarporen erfolgen kann, sind das kapillare Saugen und die laminare Strömung auf den offenen Kapillarporenbereich beschränkt. Deshalb lässt sich die Durchlässigkeit des Zementsteins und Betons gegenüber diesen Transportarten durch Erniedrigung des Wasserzementwerts und durch einen hohen Hydratationsgrad auf alle technischen Anforderungen hin anpassen (s. Bild II sowie Abschnitte I.4.2 und I.5.7). 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 531

4 Dies gilt jedoch für Wasser allenfalls kurzfristig, weil ständige Wasserbelastung abdichtende Wirkung hat [Bon4]. Die Selbstabdichtung lässt sich mit fortschreitender Hydratation, einem Quellen des Zementgels, Carbonatbildung sowie mit Verstop- Die Durchlässigkeit von lufttrockenem Beton mit dichter natürlicher Gesteinskörnung gegenüber Sauerstoffgas wurde an verschiedenen Stellen untersucht [Grä1, Grä3, Law2]. Dabei ergab sich der im Bild II dargestellte Zusammenhang zwischen dem spezifischen Permeabilitätskoeffizienten K in m 2 und dem spezifischen Diffusionskoeffizienten D in 10 8 m 2 s 1. Die Prüfkörper mit Durchmesser d = 150 mm und Höhe h = 50 mm wurden 28 Tage konserviert nachbehandelt und nach einer 56 Tage bis 1,5 Jahre dauernden Lagerung bei 20 C/65 % rel. F. geprüft. Als Anhaltswert sind Bereiche für verschiedene Wasserzementwerte eingetragen. Auf diese Weise lässt sich die offene Porosität von trockenem Beton charakterisieren. Sie ist verständlicherweise stark vom Füllungsgrad der Kapillarporen mit Wasser, d. h. vom Feuchtegehalt des Betons abhängig. Da es bisher nicht gelungen ist, eine Schnelltrocknung einzuführen, die zu vergleichbaren Durchlässigkeiten führt wie eine längerfristige Trocknung im Klimaraum, müssen die Prüfbedingungen stets mit angegeben werden [Bun1]. Der spezifische Permeabilitätskoeffizient K in m 2 für Gase lässt sich für Flüssigkeiten, die die Kapillarstruktur des Zementsteins nicht verändern, in den Durchlässigkeitsbeiwert k in m s 1 nach Darcy für inkompressible Flüssigkeiten umrechnen [Grä1]. lρ w gl k = K [Gl.II ] η ρ w Dichte der Flüssigkeit (Wasser) in kg/m 3 = N s 2 m 4 g Erdbeschleunigung = 9,81 m s 2 η Viskosität der Flüssigkeit in N s m II Beton

5 100 Spezifischer Permeabilitätskoeffizient K in m ,1 w/z 0,5 w/z 0,6 w/z 0,4 w/z 0,7 w/z 0,8 0,01 0, Spezifischer Diffusionskoeffizient D in 10-8 m 2 s -1 Bild II : Zusammenhang zwischen spezifischem Permeabilitätskoeffizienten und spezifischem Diffusionskoeffizienten für trockenen Beton sowie Anhaltswerte für Wasserzementwerte entsprechender Betone (Prüfgas: Sauerstoff) 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 533

6 fungseffekten an Engpässen des Kapillarporensystems begründen. Diese Effekte können langfristig zur vollständigen Selbstabdichtung von Rissen mit Breiten 0,2 mm [Edv1] führen. Aus den gleichen Effekten ergibt sich bei langfristiger Wasserbelastung der Zementsteinstruktur eine Abnahme des Wasserdurchlässigkeitsbeiwerts k gegenüber dem lufttrockenen Zustand um einen Faktor von rd m s 1 und mehr [Grä1]. Das Phänomen der fortschreitenden Selbstabdichtung von Zementstein unter der Einwirkung von drückendem Wasser kann kaum überschätzt werden, solange durch einen niedrigen Wasserzementwert, z. B. w/z < 0,50, und reaktive Zusatzstoffe noch Reaktionsreserven vorhanden sind. In einem ersten Ansatz können die Durchlässigkeitsbeiwerte für den Zementstein gemäß Bild I im Kurzzeitversuch auch für Beton zugrunde gelegt werden. Sie können wegen des Umwegeffekts, hervorgerufen durch dichte Gesteinskörner, sogar kleiner ausfallen. Ein zu niedriger Mehlkorngehalt im Beton kann andererseits zum Absetzen von Wasser und zu schlechtem Verbund mit der Gesteinskörnung führen, wodurch die Wasserdurchlässigkeit des Betons erhöht werden kann. Der zuletzt genannte Einfluss kann sich besonders bei Beton mit hohen Wasserzementwerten (w/z > 0,60) und sehr weicher Konsistenz (> F3) nachteilig auswirken. Der Nachweis der Wasserundurchlässigkeit kann durch Messung der Wassereindringtiefe e gemäß DIN erfolgen. Das Eindringen organischer Flüssigkeiten wird mit dem in Abschnitt II.13.7 angegebenen Verfahren ermittelt Begrenzung der Rissbreiten Aus Abschnitt II.13.3 ergibt sich, dass eine Begrenzung der Rissbreiten durch Bewehrung bei allen Betonbauwerken erforderlich ist, bei denen die Zugdehnungen (Zugspannungen) 534 II Beton

7 größer als die Zugbruchdehnung (Zugfestigkeit) werden können (s. Abschnitte II.5 und II.6). Je feiner die Bewehrung aufgeteilt wird, umso geringer wird bei gleicher Beanspruchung die Rissbreite. Durch konstruktive, betontechnische und ausführungstechnische Maßnahmen lässt sich die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung wesentlich vermindern [Thi4, Gru1, Loh2]. Das gilt insbesondere für Zwangbeanspruchungen in Bauteilen, deren Verformung infolge Abfließens der Hydratationswärme oder Schwindens durch bereits bestehende Bauteile oder durch den Boden behindert wird, z. B. Bodenplatte-Wand-Problem (s. Abschnitt II.6). Treten durchlässige Risse in einem Bauteil auf, so können sie in einschaligen Betonbauwerken jederzeit zuverlässig durch Injektion abgedichtet werden (s. Abschnitt II.15). Wenn diese Risse schon im Bauzustand auftreten, was meist der Fall ist, lassen sie sich ggf. auch an der Oberfläche abdichten Herstellung dichter Bauteilfugen Die Herstellung eines ausreichend dichten Baustoffs und die Vermeidung durchlässiger Risse führen allein noch nicht zu einem dichten Bauteil bzw. Bauwerk. Zusätzlich müssen alle Fugen und Rohrdurchführungen planmäßig dicht hergestellt werden. Man unterscheidet im Wesentlichen Arbeitsfugen und Dehnfugen. Arbeitsfugen entstehen zwischen Betonierabschnitten, die später monolithisch zusammenwirken sollen. Deshalb haben sie in der Regel auch eine durchlaufende Bewehrung, z. B. zwischen Bodenplatte und Wand. Auch Rohrdurchführungen sind Arbeitsfugen. Es gibt zahlreiche Abdichtungsmöglichkeiten für Arbeitsfugen [Gru1, Loh2, Me25, Me24, Me32]: Aufrauen des vorhandenen Betons und dicht anbetonieren Einlegen eines Injektionsschlauches in die Fuge, über den nach dem Erhärten des Gegenbetons Reaktionsharz oder Zementsuspension injiziert wird 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 535

8 Einlegen eines Quellbands beiderseitiges Einbetonieren eines außenliegenden oder innenliegenden Fugenbands gemäß DIN usw. Einbau von Fugenblechen (einfacher Bandstahl gemäß DIN EN oder DIN 59220) Die Verfahren können nicht als gleichwertig betrachtet werden. Als sehr robuste, sehr sichere und sehr preiswerte Lösung zur Abdichtung von Arbeitsfugen hat sich die Verwendung von Fugenblechen erwiesen [Gru1] (s. Bild II ). Die Bleche werden durch Schweißen, Kleben oder Klemmen untereinander verbunden (keine Überlappung mit Spalt!). Die Querschnitte der Bleche für Arbeitsfugen betragen i. d. R. 1,5 mm 300 mm. Die Anwendung von Fugenbändern und die Bemessung bei drückendem Wasser sind in DIN geregelt. Auf der Baustelle dürfen nur gerade Stumpfschweißungen mit passendem Gerät ausgeführt werden (ein einfaches Heizschwert für Thermoplaste genügt nicht!). Dehnfugen werden in der Regel mit Fugenbändern aus Thermoplasten gemäß DIN oder aus Elastomeren gemäß DIN 7865 abgedichtet. In besonderen Fällen sind auch Fugenbleche zur Abdichtung von Dehnfugen verwendbar (s. Abschnitt II ). Wichtigste Voraussetzung dafür, dass die Fugenabdichtung auf der Baustelle gelingt, ist eine konsequente Planung. Die Fugenabdichtungen, z. B. hinsichtlich ihrer Lage und Befestigung von Fugenblechen und Fugenbändern, müssen genauso sorgfältig geplant werden wie die Bewehrung Anforderungen an wasserundurchlässige Bauwerke Die Grundlagen für die Herstellung wasserundurchlässiger Bauwerke sind den Abschnitten II.13.1 bis II.13.5 zu entnehmen 536 II Beton

9 a) 30 cm b) Fugenblech 15 cm 15 cm c) d) 15 cm 15 cm Bild II : Beispiele für die Abdichtung von Arbeitsfugen an flüssigkeitsdichten Bauteilen mit Fugenblechen a) und b) Bodenplatte/Wand, c) Bodenplatte, d) Rohrdurchführung (Blech-Manschette) (s. [Gru1, Loh2, Me25]). Sie beinhalten stets die Herstellung eines Betons mit einem hohen Wassereindringwiderstand, die Vermeidung bzw. Abdichtung wasserdurchlässiger Risse und die Herstellung dichter Bauwerksfugen. DIN EN 206-1/DIN fordern für Beton mit einem hohen Wassereindringwiderstand 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 537

10 bei Bauteildicken über 0,40 m einen Wasserzementwert w/z 0,70 und bei Bauteildicken bis 0,40 m einen Wasserzementwert w/z 0,60 sowie mindestens einen Zementgehalt von 280 kg/m 3 (bei Anrechnung von Zusatzstoffen 270 kg/m 3 ). Die Mindestdruckfestigkeitsklasse C 25/30 ist einzuhalten. Der Nachweis der Wassereindringtiefe an Probekörpern erfolgt nach DIN EN 206-1/DIN nur in Ausnahmefällen. Die Mindestbewehrung zur Beschränkung der Rissbreite wird nach DIN ermittelt. In vielen bewährten Konstruktionen wurde die rechnerische Rissbreite auf 0,20 mm beschränkt. Während sich planmäßig genutzte unterirdische Räume wie Tiefgaragen, Museumsmagazine, Telefonzentralen usw., die als einschalige Betonkonstruktionen ohne zusätzliche Abdichtung oft mehrere Meter in drückendem Grundwasser stehen, problemlos verhalten, wird bei der Nutzung von Kellerräumen als Wohnraum gelegentlich berichtet, dass die Dichtheit der einschaligen Betonkonstruktion ohne zusätzliche Abdichtung nicht ausreiche. Abgesehen davon, dass bei vielen Privathäusern der Stand der Technik bei der Planung und Ausführung aus Unkenntnis oft nicht beachtet wird (w/z 0,60, besser w/z = 0,50, Rissbreitenbeschränkung durch Bewehrung, Abdichtung der Arbeitsfugen durch Bleche, Rohrdurchführungen mit Dichtmanschetten (s. Abschnitt II.13.1 bis 5)), wird oft vergessen, dass bewohnte Kellerräume einer außen liegenden Wärmedämmung, Temperierung und ausreichenden Belüftung bedürfen. Hier gelten die gleichen bauphysikalischen Regeln wie für die Vermeidung von Kältebrücken in hochliegenden Räumen. Wassermengen, die kapillar und infolge Dampfdiffusion durch eine sachgerecht hergestellte Betonwand transportiert werden können (s. Bild II ), sind so gering [Bed1], dass sie jederzeit von 538 II Beton

11 p 50 % r. F. 100 % r. F. Luft 50 % r. F. (innen) drückendes Wasser, Druckhöhe p (außen) 2 1 Temperatur T Luft > T Beton 1 Zone, in der das Wasser kapillar transportiert wird infolge Druck und Kapillarspannung (wassergesättigt) 2 Zone, in der Wasserdampf durch Diffusion transportiert wird Bild II : Vereinfachte Darstellung des Wassertransports in einer Betonwand, die von der einen Seite mit Druckwasser beaufschlagt und von der anderen Seite belüftet wird der Raumluft aufgenommen werden, siehe auch das Berechnungsbeispiel in [Loh2] mit 1 g bis 2 g / (m 2 d). Zurzeit wird die DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie) [Ri75] erarbeitet. Diese 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 539

12 Richtlinie wird für Bauwerke und Bauteile aus Beton nach DIN EN 206-1/DIN gelten, die nach DIN bemessen sind, nach DIN oder nach DIN ausgeführt werden und bei denen der Beton die lastabtragende Funktion und die Abdichtung gegen von außen drückendes oder nicht drückendes Wasser, aufstauendes oder nicht stauendes Sickerwasser oder Bodenfeuchte übernimmt. Teil 1 der Richtlinie enthält die Begriffe und allgemeinen Regeln, Teil 2 ergänzende Regeln für den Wohnungs- und Wirtschaftsbau ( Weiße Wannen ). Teil 3 der Richtlinie legt schließlich ergänzende Regeln für Deckenkonstruktionen als Abschlussdecken fest. Je nach Art der Beaufschlagung des Bauwerks oder Bauteils mit Wasser oder Feuchte unterscheidet die Richtlinie zwei Beanspruchungsarten: 1 Drückendes Wasser, aufstauendes Sickerwasser und nicht drückendes Wasser sowie 2 Bodenfeuchte und nicht stauendes Sickerwasser. Beanspruchungsart 1 umfasst alle Fälle, bei denen Wasser einen hydrostatischen Druck auf die Außenflächen des Bauwerks ausübt oder bei denen auf horizontalen Flächen Wasser stehen kann. Die Beanspruchungsart 2 behandelt die Fälle ohne statische Druckwasserhöhe, in denen der Grundwasserspiegel stets unter der Bauwerksohle liegt und entweder nur sehr stark durchlässiger Boden ansteht oder eine wirksame Dränung nach DIN 4095 vorhanden ist. Diesen Beanspruchungsarten stehen mit zwei Wasserundurchlässigkeitsklassen entsprechende Anforderungen an das Bauteil gegenüber. Die Wasserundurchlässigkeitsklasse ist in Abhängigkeit von den Dichtheitsanforderungen an das Bauwerk oder Bauteil festzulegen. Die Definitionen bzw. Anforderungen der beiden Wasser- 540 II Beton

13 undurchlässigkeitsklassen normale Anforderungen (WU) und hohe Anforderungen (WUH) werden zur Zeit von den Fachgremien diskutiert. Wesentliche Elemente der Planung wasserundurchlässiger Bauwerke sind zunächst die Festlegung der Beanspruchungsart und der Wasserundurchlässigkeitsklasse. Die Planung hat dann sicherzustellen, dass die festgelegte Wasserundurchlässigkeitsklasse des Bauwerks bei fachgerechter Wahl der konstruktiven, bauphysikalischen, betontechnischen und ausführungstechnischen Maßnahmen nutzungsgerecht erreicht werden kann. Hierbei sind die folgenden Elemente einzeln und in ihrem Zusammenwirken zu berücksichtigen: a) Wahl eines geeigneten Betons b) Wahl von Bauteilabmessungen, die einen fehlstellenfreien Betoneinbau ermöglichen c) Vermeidung, dauerhafte Abdichtung oder Begrenzung von Rissen d) Planung sämtlicher Fugen und Durchdringungen unter Berücksichtigung dauerhafter Dichtheit und fehlstellenfreier Ausführbarkeit e) Planung bauphysikalisch notwendiger Maßnahmen f) erforderlichenfalls Berücksichtigung angreifender Wässer Als Mindestanforderungen an den Beton sind die Anforderungen an Beton mit hohem Wassereindringwiderstand nach DIN EN / DIN einzuhalten. Darüber hinaus sind die Anforderungen aus den für das Bauteil zutreffenden Expositionsklassen zu berücksichtigen. Für eine ausreichende Verarbeitbarkeit ist i. d. R. die Konsistenzklasse F3 oder eine weichere Konsistenz zu verwenden. Die Entmischungssicherheit des Betons muss durch die Wahl der Betonzusammensetzung gegeben sein. 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 541

14 Da die Vermeidung von Rissen von zentraler Bedeutung für diese Bauweise ist, sind bei der Festlegung der Betonzusammensetzung unter Berücksichtigung von Randbedingungen wie Witterung und Bauteildicke insbesondere solche Parameter zu beachten, welche die Entstehung von Zwangspannungen beeinflussen. Hierzu zählen die Frischbetontemperatur, die Hydratationwärmeentwicklung des Betons, der Wärmeabfluss über die Schalung und die freie Oberfläche sowie die Nachbehandlung des Betons. Für Wohnungs- und Wirtschaftsbauten enthält der Richtlinienentwurf zz. die nachfolgend aufgeführten Regelungen. Bei Beanspruchungsart 1, d. h. in solchen Fällen, bei denen Wasser einen hydrostatischen Druck auf die Außenflächen des Bauwerks ausübt oder bei denen auf horizontalen Flächen Wasser stehen kann, ist bei Bauteilen für z. B. Aufenthaltsräume oder Lagerräume für empfindliche Güter wie Papier (Nutzungsanforderung N1) sowie bei Räumen, in denen Feuchtstellen an der Betonoberfläche aus raumklimatischen Ursachen zulässig sind (Nutzungsanforderung N2), ein Beton mit einem w/z-wert 0,55 und einem Größtkorn von 16 mm zu verwenden. Um das Schwinden und die Hydratationswärme gering zu halten, sollte der Zementleimgehalt 300 l/m 3 nicht überschreiten. Für Elementwände muss die Konsistenz F3 oder weicher sein und im unteren Wandbereich muss eine Anschlussmischung mit Größtkorn 8 mm verwendet werden Betonbau beim Umgang mit umweltgefährdenden Stoffen Regelungen für die Bauweise Gemäß dem Wasserhaushaltsgesetz 19g müssen Anlagen zum Lagern, Abfüllen, Herstellen, Behandeln und Verwenden von 542 II Beton

15 wassergefährdenden Stoffen so eingebaut, aufgestellt und betrieben werden, dass eine Verunreinigung der Gewässer nicht zu befürchten ist. Zur Erfüllung dieses gesetzlichen Rahmens dienen Landeswassergesetze, Verwaltungsvorschriften, Verordnungen und Richtlinien. Auf Basis der Muster-VAwS wurde vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton die Richtlinie Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen, DAfStb-Richtlinie BUmwS [Ri2], erarbeitet. Die Richtlinie regelt, welche baulichen Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit einschalige Betonbauten gemäß DIN EN 206-1/DIN ohne Oberflächenabdichtung beim Umgang mit flüssigen (einschließlich verflüssigter Gase) oder pastösen, wassergefährdenden Stoffen nach 19g WHG dem Besorgnisgrundsatz des Wasserhaushaltsgesetzes genügen. Die Betonbauten nach dieser Richtlinie müssen bei den zu erwartenden Einwirkungen unter Berücksichtigung der infrastrukturellen Gegebenheiten für eine jeweils definierte Dauer dicht sein. Mit Hilfe dieser Richtlinie können Bauwerke mit einmaliger und intermittierender Beaufschlagung entworfen und bemessen werden. Anders als wasserundurchlässige Bauwerke sind die umweltschützenden Bauwerke aus Beton bereits heute umfassend geregelt Einzelregelungen der DAfStb-Richtlinie BUmwS [Ri2] Die Richtlinie umfasst folgende Teile: Teil 1: Grundlagen und Bemessung unbeschichteter Betonbauten Teil 2: Baustoffe und Einwirken von Flüssigkeiten Teil 3: Konstruktion und Bauausführung 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 543

16 Teil 4: Prüfverfahren Teil 5: Instandsetzung und Ertüchtigung Teil 6: Überwachung und Konzept für den Beaufschlagungsfall Grundlagen und Bemessung (Teil 1) Der Bemessung bezüglich Dichtheit liegt ein Sicherheitskonzept zugrunde, dessen Versagenswahrscheinlichkeit dem der Tragfähigkeitsbemessung von Bauwerken entspricht. Die so bemessenen Auffangbehälter und Ableitflächen sind dicht, wenn die aufgefangene Flüssigkeit innerhalb der Entsorgungszeit t, in der Regel t = 72 h, die andere Seite des Bauteils nicht erreicht. Dies gilt für ungerissene Bauteile, für gerissene Bauteile mit ungerissener Druckzone sowie für Bauteile mit durchgehenden Rissen. Bemessungsgrundlage ist die charakteristische Eindringtiefe e tk der Flüssigkeit für die Beaufschlagungsdauer t, in der Regel 72 h, e 72k (Bild II ). Der Rechenwert e tk ergibt sich aus dem mittleren Prüfwert der Eindringtiefe e tm dreier Probekörper zu e tk = 1,35 e tm. Baustoffe (Teil 2) An den Flüssigkeitsdichten Beton (FD-Beton) (s. Abschnitt II ) werden Anforderungen bezüglich seiner Zusammensetzung gestellt, sodass die Eindringtiefe einer Flüssigkeit in Abhängigkeit von ihrer dynamischen Viskosität und ihrer Oberflächenspannung σ aus einem Diagramm abgelesen werden kann (Bild II ). Darüber hinaus können auch dichtere Betone durch gesonderte Eignungsprüfungen (FDE-Betone) entwickelt und eingesetzt werden (s. Abschnitt II ). Konstruktion (Teil 3) Hier werden Angaben zur Mindestbewehrung für eine Rissbreitenbeschränkung auf w cal = 0,2 mm gemacht. Kleinere rechneri- 544 II Beton

17 Dichtheit e tk γ e x chemische Widerstandsfähigkeit s Ctk = Schädigungstiefe e tk γ e x = char. Eindringtiefe = Sicherheitsbeiwert = Druckzonendicke x e tk s Ctk d Bewehrung Bild II : Nachweis der Dichtheit der Druckzone sche Rissbreiten als 0,1 mm dürfen beim Rissbreitennachweis nicht in Ansatz gebracht werden. Sollten sichtbare Risse auftreten, so sind diese durch Injektion zu schließen. Insbesondere sind in diesem Abschnitt die verschiedenen Arten der Abdichtung von Arbeits- und Dehnungsfugen beschrieben (s. Bild II ). Mit einer zusätzlichen Sicke in Fugenmitte werden Fugenbleche aus Edelstahl gemäß Bild II c) auch für Be- 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 545

18 Eindringtiefe e 72m in mm e 72m = ,33 (σ / η ) 0, ( σ / η ) 0,5 in m 0,5 /s 0,5 Bild II : Eindringtiefe e 72m organischer Flüssigkeiten in FD-Beton in Abhängigkeit von der dynamischen Viskosität η und der Oberflächenspannung σ wegungsfugen mit geringer Fugenbewegung verwendet. Sie haben den Vorteil, von organischen Stoffen nicht angegriffen zu werden. Prüfverfahren (Teil 4) Die Prüfverfahren umfassen z. B. Prüfungen der Eindringtiefe von Flüssigkeiten in Beton, der Dampfdiffusion, des Säurewiderstands, des Eindringens von Flüssigkeiten in Risse, der Beständigkeit von Fugenbändern sowie der Dichtheitsprüfung von Fugen. Instandsetzung (Teil 5) Als Instandsetzungsmaßmahmen werden z. B. das Auftragen einer neuen Dichtfläche, die Instandsetzung der Bewehrung 546 II Beton

19 sowie die Injektion von Rissen beschrieben. Grundlage für die Ausführung dieser Arbeiten ist die DAfStb-Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen [Ri9]. Überwachung (Teil 6) Bauwerke nach der DAfStb-Richtlinie BUmwS [Ri2] bedürfen einer besonders sorgfältigen Planung und Überwachung. Qualitätssichernde Maßnahmen sind während der Bauausführung, Dichtheitsprüfungen bei der Übergabe und während des Betriebs durchzuführen. Ein Konzept für den Beaufschlagungsfall, z. B. bezüglich Alarmzeit, Art und Dauer der Entsorgung, und Nachsorge für das Bauwerk gehören bereits zur Planung des Bauwerks Herstellung und Prüfung besonders dichter Betone Die DAfStb-Richtlinie BUmwS stellt an Flüssigkeitsdichten Beton (FD-Beton) folgende Anforderungen: Herstellung und Verarbeitung mit Eigen- und Fremdüberwachung Dichte Gesteinskörnung, Größtkorn 16 oder 32 mm, Sieblinie A/B Wasserzementwert 0,50 w/z 0,45 Zementleimgehalt 290 l/m 3 (z. B. 340 kg/m 3 Zement, 165 l/m 3 Wasser) Verwendung von Restwasser nach der DAfStb-Rili [Ri5] erlaubt Weiche Konsistenz (KR bzw. F3) ohne Entmischungsneigung Anrechnung von Flugasche auf den w/z-wert erlaubt, s. äquivalenter Wasserzementwert. Die Eindringtiefe organischer Flüssigkeiten e 72m in FD-Beton wurde umfassend untersucht und ist in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung σ (mn m 1 ) und der dynamischen Visko- 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 547

20 sität η (mn s m 2 ) der Flüssigkeit aus Bild II direkt zu entnehmen. Damit können aufwendige Eindringprüfungen i.a. entfallen. Um der Entwicklung freien Raum zu geben, wurde den Betonherstellern die Möglichkeit gegeben, gleich dichte Betone mit einer größeren Stoffauswahl oder wesentlich dichtere Betone als FD-Beton zu entwickeln. Diese gehören dann zu den Flüssigkeitsdichten Betonen nach Eindringprüfung (FDE-Betone). Es handelt sich wahlweise um Betone mit Zementen CEM II/B-P, mit Wasserzementwert w/z < 0,45, mit Gesteinskörnung gemäß DIN 4226 und Größtkorn 8 mm d g 16 mm, mit leichter Gesteinskörnung gemäß DIN 4226 Teil 2 (z. B. Leichtbeton nach DIN EN 206-1/DIN ), mit höherem Leimgehalt als 290 l/m 3, unter Anrechnung von anderen mineralischen Zusatzstoffen als Flugasche auf den Mindestzementgehalt nach DIN EN 206-1/ DIN , für hochfesten Beton nach DIN EN 206-1/DIN , unter Verwendung von Kunststoffzusätzen, so weit ihre Anwendung für Beton nach DIN EN 206-1/DIN zugelassen ist, unter Verwendung von Fasern, so weit ihre Anwendung für Beton nach DIN EN 206-1/DIN zulässig ist. Die Prüfung der Eindringtiefe erfolgt i. d. R. an einem in der Mantelfläche abgedichteten Bohrkern (Bild II ). Die Eindringtiefe wird am aufgespaltenen Bohrkern ermittelt. Die Kontrolle erfolgt über das eingedrungene Volumen, sofern der Porenraum bekannt ist. Besonders wirkungsvoll lässt sich das Eindringen organischer Flüssigkeiten dadurch vermindern, dass man quellfähige oder 548 II Beton

21 Skalierung Standrohr 400 mm Prüfflüssigkeit Metallzylinder e tm, i Bohrkern 150 mm dichte Ummantelung 80 mm Bild II : Prüfung der Eindringtiefe organischer Flüssigkeiten in Beton 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 549

22 Quellen Lösen Gesteinskörnung Zuschlag Zementstein Kunststoff Luftporen Bild II : Innere Abdichtung von Beton durch Kunststoffe 550 II Beton

23 Eindringmenge CH 2 Cl 2 nach 72 h in l/mm Betone mit Styrol-Butadien CEM I 42,5 R, ohne Zusatzstoffe CEM I 42,5 R, mineral. Zusatzstoffe CEM III 42,5, ohne Zusatzstoffe CEM III 42,5, mineral. Zusatzstoffe Druckfestigkeit β w150 in N/mm Bild II : Abhängigkeit der Eindringmenge Methylenchlorid in Beton von der Druckfestigkeit. Entkopplung durch quellenden Kunststoffzusatz Styrol-Butadien sich lösende Kunststoffzusätze verwendet, die das Eindringen zunehmend hemmen (Bild II ). Damit lässt sich der Zusammenhang zwischen Eindringmenge und Porosität bzw. Druckfestigkeit entkoppeln (Bild II ). Die Schädigungstiefe s Ctm, infolge Säureeinwirkung (s. Bild II ), hat sich innerhalb 72 Stunden als so gering erwiesen, dass für FD-Beton und beliebige Säureeinwirkung s C72m = 5 mm in die Bemessung eingesetzt werden darf. Damit wird deutlich, dass die Bewehrung innerhalb dieser Zeit nicht erreicht wird, eine säurefeste Beschichtung überflüssig ist und der Auffangbehälter nach dem Angriff leicht für die weitere Verwendung wieder hergerichtet werden kann. 13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 551