Neue Produkte zur Behältersanierung

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1 Dr. Hans-Dieter WOLF Neue Produkte zur Behältersanierung Trinkwasserbehälter in Liptingen: Die Langzeit-Untersuchungen von Beschichtungsmaterialien waren erfolgreich. Wissenschaftlich gesteuertes Testprogramm Neben der wissenschaftlichen Begleitung durch das Bayerische Landesamt für Wasserwirtschaft wurde der VDZ Düsseldorf bezüglich der baustofflichen Prüfungen eingebunden. Darauf folgten umfangreiche Untersuchungen /2/. Resultierend aus den Erkenntnissen der ARGE Wasserforschung Bayern startete anhand einer homogenen Baustoffreihe (Tabelle 2) ein wissenschaftlich gesteuertes Daten + Fakten: Sanierung des Behälters Liptingen Auftraggeber: Bodensee-Wasserversorgung, Hauptstraße 163, Stuttgart Planer: Bodensee-Wasserversorgung, Hauptstraße 163, Stuttgart Bauüberwachung: MFPA, Condraystraße 9, Weimar Ausführendes Fachunternehmen: Firma von der Forst, Am Bauhof 4, Pfarrweisach Spezialbaustoffhersteller: VANDEX Isoliermittel GmbH, Industriestraße 19-23, Schwarzenbek STANDORT LIPTINGEN: Sanierte Säulengalerie im Behälter 1 Bild 1 Die Innenbeschichtung von Trinkwasserbehältern mit zementgebundenen Mörtelsystemen gehört seit Jahrzehnten zum Standardprogramm der Sanierungskonzepte für die Trinkwasserreservoire. Infolge der sich ständig ändernden Rahmenbedingungen für die Nutzung und Wartung von derartigen Bauwerken verändern sich auch die Anforderungen an die Innenbeschichtungen. Systematische Ursachenforschung In den achtziger Jahren des vorigen Jahrhunderts zeigten sich in den zementgebundenen Auskleidungen scheinbar willkürlich verstreut lokale Aufweichungserscheinungen. Im Rahmen der Ursachenforschung wurden verschiedene Theorien aufgestellt (Tabelle 1), deren Reproduzierbarkeit unter Praxisbedingungen nicht nachgewiesen werden konnte. Aufgrund dessen und weil einzelne sporadische Untersuchungen nicht zielführend zusammengefasst werden konnten, entschloss sich die Firma Vandex Isoliermittel Gesellschaft mbh 1998 in einem 180 m3 großen Saugbehälter ein Pilotprojekt durchzuführen sowohl mit im Einsatz befindlichen als auch mit neu entwickelten Produkten. Theorien für die Ursache von punktuellen Aufweichungen Tab. 1 Theorie Ausgleichsströme von Makroelementen Betonuntergrund Mikrobielle Korrosion Pilze Sauere Reinigungsmittel Streuströme macherzusätze Zusammenstellung der im Pilotprojekt eingesetzten Beschichtungsmaterialien Tab. 2 Kennzeichnung VANDEX SPACHTEL Neu VANDEX SPACHTEL Neu VANDEX MÖRTEL Neu VANDEX MÖRTEL Neu NULLMÖRTEL VANDEX DICHTUNGSSCHLÄMME Alt VANDEX MÖRTEL Alt VANDEX MINERALIT Farbe Farblos Untersuchte Produkte in verschiedener Qualität Tab. 3 Schichtdicke Farbe Zusammensetzung Technologie 3 mm, 10 mm, frei von Organik, rheologische Additive, sonstige Zusätze Spritzen, Spachteln Versuchsprogramm. Die vorhandene Beschichtung ist durch Feststoff-Sandstrahlen komplett entfernt worden, die Decke mittels Sandstrahlen angeraut. Die Messpunkte erhielten vor der Beschichtung, nach Vorgabe des Bayerischen Landesamtes für Wasserwirtschaft, eine bleibende Markierung. Die applizierten Schichtdicken bei den Mörteln betrugen 10 mm, bei den Dichtungsschlämmen 3 mm. Die Baustoffe trug man sowohl einzeln als auch in Kombination als Dichtungssystem in Handund Spritzapplikation auf. Außerdem sind mit jedem verwendeten Material weitere Betonprüfkörper beschichtet worden. Diese lagerten im Saugbehälter bzw. in anderen Trinkwasserbehältern, die mit Trinkwassern unterschiedlicher Zusammensetzung gefüllt waren. Der Ablauf der Untersuchungen Alle beschichteten Flächen erhielten eine Behandlung mit VANDEX MINERALIT. Für die Nachbehandlung entsprechend den Ausführungsanweisungen zeichnete die Firma Vandex verantwortlich. Vier Wochen nach der Beschichtung erfolgte die Wasserfüllung. Die Beschichtungsarbeiten realisierte die Firma von der Forst. 31

2 TRINKWASSER Aufbereitung VANDEX-Produkte der CEMLINE-Reihe Tab. 4 Produkt Kurzcharakteristik VANDEX KORROSIONSSCHUTZ M mineralischer Korrosionsschutz für den Bewehrungsstahl VANDEX CEMLINE MG 4 FF hochdichter, einlagiger Dickbeschichtungsmörtel VANDEX CEMLINE MG 4 faserverstärkter, zementöser Spritzmörtel als Innenbeschichtung, geprüft gem. den Vorschriften des Trinkwasserbereichs VANDEX CEMLINE MÖRTEL zementöser Reparaturmörtel als Innenbeschichtung, geprüft gem. den Vorschriften des Trinkwasserbereiches VANDEX CEMLINE TOP GRAU zementöse Schutzbeschichtung, geprüft gem. den Vorschriften des Trinkwasserbereichs VANDEX CEMLINE TOP WEISS zementöse Schutzbeschichtung, geprüft gem. den Vorschriften des Trinkwasserbereichs VANDEX CEMELAST GRAU VANDEX CEMELAST WEISS VANDEX CEMELAST BLAU Eigenschaften der Beschichtungsmaterialien nach DVGW-Arbeitsblatt W 300 Tab. 5 Erfüllung der Anforderungen nach DVGW Arbeitsblatt W 347 Erfüllung der Anforderungen nach DVGW Arbeitsblatt W 270 (bei Bedarf) Max. W/Z Faktor Luftporengehalt des Frischmörtels < 0,50 0,40 < w/z eq < 0,50 LP frisch < 5 Vol % < w/z eq < 0,40 LP frisch < 8 Vol % Gesamtporenvolumen: Lagerung 28 d Wasser + 24 h Vakuum oder < 12 Vol % Lagerung 90 d Wasser + 24 h Vakuum < 10 Vol % Der Beschichtungsaufbau war im Regelfall: 2 mm VANDEX KORROSIONSSCHUTZ M 10 mm VANDEX CEMLINE MG 4 bzw. 5 mm VANDEX CEMLINE MÖRTEL 4 mm VANDEX CEMLINE TOP GRAU (Hammerschlagstruktur) 250 ml/m² VANDEX MINERALIT Mit dem Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft stimmte man die notwendigen Reinigungs- und Desinfektionsmaßnahmen ab. Für die Langzeituntersuchungen bzw. Auswertungen gab es ein gesondertes Programm. Geprüft wurde nach den Vorgaben des ibh- Merkblatts über zementgebundene starre und flexible Dichtungsschlämme. Ergänzend erfolgten Prüfungen der Oberflächenhärte mit dem Rückprallhammer. Weiterhin untersuchte die Firma Helbling Ing. AG, Zürich die Behälter dreimal, bezüglich elektrischer Potenzialbildungen bzw. vagabundierender Ströme. Gestützt auf diese Ergebnisse konnten die Rezepturen für zementgebundene Innenbeschichtungen gezielt weiterentwickelt bzw. verfeinert werden. Normen und Vorgaben berücksichtigt Die Deutsche Bauchemie erarbeitete parallel dazu 2001 das Merkblatt Zementgebundene Innenbeschichtungen in Trinkwasserbehältern /3/ erschien die komplett überarbeitete Norm DVGW Arbeitsblatt W 300 Wasserspeicherung Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserbehältern in der Trinkwasserversorgung, in dem speziell die Anlage A10 Eignungsnachweis konkrete Anforderungen und Prüfkriterien für zementgebundene Innenbeschichtungen festlegte /4/. Das bedeutete für die Praxis, dass nur die Produkte eingesetzt werden dürfen, die die festgelegten Prüfungen bestanden haben. Die Firma Vandex entwickelte die CEM- LINE-Produktreihe entsprechend der neuen Vorgaben konsequent weiter (Tabelle 4) und führte sie in die Praxis ein. Der Trinkwasserbehälter Liptingen Der Zweckverband Bodenseewasserversorgung (ZVBWV) ist verantwortlich für die Versorgung von 180 Verbandsmitgliedern (lokalen Wasserversorgern) mit insgesamt über vier Mio. Konsumenten, inklusive der Landeshauptstadt Stuttgart. Der ZVBWV versorgt seine Mitglieder mit Wasser, das aus dem Bodensee gepumpt wird. Der Bodensee ist mit m3 einer der größten natürlichen Wasserspeicher Europas. Das Wasser wird dem See in etwa 60 m Tiefe, mit einer Temperatur von 5 C entnommen und in die ca. 300 m höher gelegene Aufbereitungsanlage auf dem Sipplinger Berg gefördert. Hier wird das Wasser das schon nahezu Trinkwasserqualität hat zu einem Trinkwasser höchster Qualität aufbereitet. Nach der Aufbereitungsanlage gelangt das Wasser in den Reinwasserbehälter am Sipplinger Berg, es wird zwischengespeichert und über zwei Hauptleitungen im freien Gefälle in die nördlichen Landesteile weiter verteilt wird. Beschicken des Misch- Bild 2 und Förderkomplexes Entfernen der fehlerhaften Bild 3 Bereiche an den Säulen Freilegen der korrodierten Bild 4 Bewehrungseisen /2012

3 Spritzen der Deckenbereiche Bild 5 Als Beschichtungsmaterialien verwendete man ausschließlich Produkte, die die Anforderungen des DVGW Arbeitsblattes W 300 erfüllten (Tabelle 5). Der Untergrund wurde sowohl mittels Feststoffstrahlverfahren als auch mittels Höchstdruckwasserstrahlverfahren (bis bar) vorbereitet. Vor der Beschichtung erfolgte eine Reinigung aller Flächen mit Wasser im Hochdruckverfahren (150 bar). Alle Öffnungen, Zugänge usw. wurden staubdicht abgedichtet. Die Laufflächen einschließlich Treppen, Handläufe usw. wurden kratzfest abgeklebt. Die Applikation des Mörtels erfolgte im Dichtstromnass-Spritzverfahren mit einem Misch- und Förderkomplex auf der Basis von Schneckenpumpen. Die Vielzahl von Detailpunkten (Zuläufe, Scheinwerfer, Entnahmerohre, Bullaugen, Treppen, Lüftungen) erhielten jeweils spezifische Lösungen. An der 1. Hauptleitung befindet sich der Scheitelbehälter Liptingen mit einem Wasservolumen von m3. Dieser wurde in der ersten Ausbaustufe der Bodensee-Wasserversorgung Ende der 50-er Jahre des letzten Jahrhunderts gebaut. Er musste zwischen 2004 und 2006 saniert werden. Die Sanierung Das Sanierungskonzept wurde unter Einhaltung der gültigen aktuellen Bau- bzw. hygienischen Vorschriften ausgeschrieben. Dieses umfasste folgende Arbeiten: Abbrucharbeiten Strukturbetonreparaturarbeiten Betonneubeschichtungen Anlagen- und Elektroarbeiten Nebenarbeiten. Im Rahmen der Sanierungsarbeiten optimierte man auch das Zulaufsystem zur Optimierung der Durchströmung. Aufgrund des Bieterwettbewerbs erhielt ein nach DVGW Arbeitsblatt W 316 zertifiziertes Unternehmen (Fa. von der Forst) den Zuschlag. Neben der Eigenüberwachung durch o. g. Firma bzw. den Bauherrn, erfolgte die Fremdüberwachung durch die Materialforschungs- und Prüfanstalt (MFPA) Weimar. Im Rahmen der Sanierung der m2 Innenflächen wurden 200 t alter Putz abgetragen und 700 t Beschichtungsmaterial neu appliziert. 700 lfdm mit Bewehrung wurden korrosionsgeschützt. Für die Beschichtungsarbeiten wurden l Wasser in Trinkwasserqualität benötigt. Innenbeschichtung aus Sicht der Firma Vandex Die Innenbeschichtung von Trinkwasserbehältern ist im Prinzip eine Betoninstandsetzung. Dennoch sind einige wichtige Unterschiede zu beachten. Es muss gewährleistet sein, dass die fertige Beschichtung die erforderliche Dichte aufweist und dauerhaft funktionsfähig ist. Ein steigender W/Z-Wert bedingt auch eine erhöhte Gesamtporosität Kontrolle der Bauausführung Bestimmung der Abreißfestigkeit. Der Konstruktionsbeton wurde nicht angebohrt (Bohrnut) /5/ Tab. 6 Kammer Bauteil Haftungswerte (N/mm²) Anzahl Anzahl < 1,5 N/mm² WK 1 Wand 2, Decke 1,68 1 WK 2 Wand 2,85 3 Boden 2, Decke 2,50 1 WK3 Wand 2,41 4 Boden 2, Decke 1,63 1 WK 1 Wand 3, Boden 2,13 3 Geforderte Werte: 1,5 N/mm² (im Mittel) 1,05 N/mm² (Einzelwert) 33

4 TRINKWASSER Aufbereitung Glätten der Sohlflächen Bild 6 im erhärteten Mörtel, wobei sich auch größere Poren bilden können. Einfluss darauf hat nicht nur die Art und Menge der Zusatzmittel, sondern auch die Intensität des Mischvorgangs. Da auch die Schichtdicke eine entscheidende Rolle spielt, ist eine ständige Kontrolle bei der Verarbeitung unerlässlich. Die einzelnen Lagen müssen in einer genau abgestimmten Zeitabfolge aufgetragen werden. Im frischen Zustand sind zementgebundene Beschichtungen empfindlich gegen Wasser. Dieses oft sehr weiche Wasser kann relativ viele lösliche Stoffe aufnehmen. Es greift somit negativ in den Abbindeverlauf des Zements ein. Ist die Gefahr der Kondenswasserbildung gegeben, so muss mit geeigneten Trocknern dafür gesorgt werden, dass sich kein Wasser auf der frischen Beschichtung abscheidet (z. B. Vertiefungen im Sohlenbereich, Kondensat an Wandflächen). Andererseits ist sicher zu stellen, dass eine relative Luftfeuchtigkeit von > 85 % während der Nachbehandlung vorherrscht. Daraus ergibt sich, dass eine dauerhafte, wirksame Beschichtung nur dann erreicht werden kann, wenn alle Beteiligten das sind: Planer Baustoffhersteller Verarbeiter und Bauüberwacher, über den gesamten Sanierungsprozess kooperativ zusammen arbeiten. Jeder der beteiligten Partner besitzt auf seinem Fachgebiet ein Fachwissen, das in der Kooperationskette entsprechend angepasst optimal zielführend zur Wirkung kommen kann. Qualitätssicherung bei Behältersanierungen 34 Sanierter Säulengang mit Einlauf und Treppeneinstieg Bild 7 Deckenuntersicht im Brückenbereich Bild 8 Die Qualitätssicherung gliedert sich in mehrere Stufen /5/ Eignungsnachweis der Produkte nach DVGW W300, A10. Von jeder Produktionscharge des Beschichtungsmaterials wurde eine Rückstellprobe genommen und zwei Jahre aufbewahrt. Realisierung der Arbeiten durch eine nach DVGW W316 zertifizierte und überwachte Firma Bauüberwachung Frischmörtelprüfungen über die ganze Bauzeit, Konsistenzprüfungen Prüfung der erhärteten Mörtel 28 Tage nach dem Einbau Haftverbund (Abreissfestigkeit): mittels Vor-Ort- und Laborprüfungen. Die Zielvorgabe von Haftzugwerten von im Durchschnitt mindestens 1.5 N/mm2 und keinem einzigen Messwert unter 1.0 N/mm2 Prüfung der Innenflächen nach 5 Jahren Haftverbund (Abreissfestigkeit): mittels Vor-Ort- und Laborprüfungen. Die Zielvorgabe von Haftzugwerten von im Durchschnitt mindestens 1.5 N/mm2 und keinem einzigen Messwert unter 1.0 N/mm2. 1 2/2012

5 Beleuchteter Sektor Bild 9 im Brückenbereich Die Ergebnisse der Baumaßnahme Scheitelbehälter Liptingen sind alle im Bereich der Anforderungen (Tabellen 6 und 7). Ein Jahr nach Fertigstellung wurden die Messungen wiederholt. Dabei wurde festgestellt, dass die Porositätswerte sich um 25 bis 50 % verringert hatten, das heißt die Beschichtungen sind dichter und damit beständiger geworden. In diesem Zusammenhang muss erwähnt werden, dass Beschichtungsarbeiten eine handwerkliche Leistung darstellen, die in der Fläche gewissen Schwankungen unterliegt. Die Werte liegen jedoch im vorgegebenen Streubereich bzw. in den einzuhaltenden Toleranzgrenzen. Nach fünf Jahren sind an der Beschichtung keine wesentlichen Änderungen zu erkennen wie aus Tabelle 6 zu entnehmen ist. Die Prüfergebnisse nach 5-jähriger Nutzung (Tabelle 7) belegen eindeutig, dass die Sanierung des Trinkwasserbehälters Liptingen mittels nach DVGW W300 geprüfter VAN- DEX-Produkte und durch die Applikation der nach DVGW W316 zertifizierten Firma von der Forst zu einer dauerhaft wirksamen Innenbeschichtung führte. Seitens des Betreibers wird die Beschichtung als sehr gelungen eingeschätzt, was in folgenden Parametern zum Ausdruck kommt: das Erreichen der geforderten technischen Parameter keine negativen Erscheinungen nach dem Reinigungsprozess keine Anhaftungen im Wechselbereich Luft/Wasser optisch sehr gutes Gesamtbild. Die Firma Vandex begrüßt die durch den Betreiber ZVBWV gewählte Vorgehensweise hinsichtlich der Qualitätssicherung und empfiehlt sie für den generellen Einsatz. Fazit Basierend auf den praktischen Erfahrungen bezüglich der Langzeitwirkung von Innenbeschichtungen in Trinkwasserbehältern im Zeitraum 1980 bis 1990 wurde seitdem ein Qualitätssicherungssystem aufgebaut, in das Vergleich Porosität nach Fertigstellung und nach einem Jahr Betriebsdauer (Angabe BWV) Tab. 7 Bauteil Gesamtporosität in Vol-% nach DVGW W 300 Nach Fertigstellung Nach einem Jahr Nach 5 Jahren Wand 1 14,0 7,5 8,1 Wand 2 15,6 9,1 7,2 Wand 3 12,9 8,4 7,1 Boden 15,5 10,6 11,1 Chronologie der Produktentwicklung Tab Bekanntwerden von punktuellen Aufweichungen in mineralischen Innenbeschichtungen ab 1989 Unkoordinierte Untersuchungen in diversen Trinkwasserbehältern 1992 Arbeitsgemeinschaft (ARGE) Wasserforschung Bayern 1996 Bildung einer interdisziplinären Arbeitsgruppe im Forschungsprogramm des DVGW 1996 Gründung der Gütegemeinschaft Schutz und Instandsetzung von Trinkwasserbehältern 1998 Pilotprojekt der Firma Vandex im Saugbehälter Straßkirchen unter wissenschaftlicher Begleitung ab 1999 Baustoffliche Untersuchungen beim VDZ, Düsseldorf 2001 Merkblatt der Deutschen Bauchemie Zementgebundene Innenbeschichtungen in Trinkwasserbehältern ab 2003 Zertifizierung der nach Arbeitsblatt DVGW W316 Teil 1+2 geprüften Applikationsfirmen ab 2005 Einsatz der Baustoffe nur nach bestandener Prüfung DVGW W300, Anl Überarbeitete Form des DVGW-Arbeitsblattes W300 erscheint ab 2010 Überarbeitung des DVGW-Arbeitsblattes W300 unter Integration des DVGW-Arbeitsblattes W312 Planer, Baustoffhersteller, Verarbeiter und Betreiber aktiv eingebunden sind. Das ganze System ist mittlerweile in verschiedene Normen und Vorschriften eingebettet, die das hohe Qualitätsniveau absichern. Das Ergebnis sind dauerhaft wirksame zementgebundene Innenbeschichtungen für Trinkwasserbehälter. Am Beispiel des Trinkwasserbehälters Liptingen hat sich gezeigt, dass der in den letzten Jahren ausgearbeitete Weg der Kooperation der einzelnen beteiligten Firmen sowie die firmenübergreifende Qualitätskontrolle in der Praxis erfolgreich sind. Die Überprüfungswerte nach einem bzw. fünf Jahren Nutzung belegen die Richtigkeit des eingeschlagenen Weges. LITERATUR /1/ ibh-merkblatt Zementgebunde starre und flexible Dichtungsschlämme. Industrieverband Bauchemie und Holzschutzmittel e. V., Frankfurt/M., 1988 /2/ Boos, P.; Grube, H.: Dauerhafte zementgebundene Oberflächen in Trinkwasserbehältern. In: gwa (2002) 82, Seite /3/ Merkblatt Zementgebundene Innenbeschichtung in Trinkwasserbehältern. Deutsche Bauchemie e. V., Frankfurt/M., 2001 /4/ DVGW-Arbeitsblatt W 300 Wasserspeicherung Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserbehältern in der Trinkwasserversorgung. DVGW, Bonn, Juni 2005 /5/ Derra, R.; Kämpfer, W.: Zielgerichtete Vorgehensweise bei der Instandsetzung von Trinkwasserbehältern der Bodensee-Wasserversorgung. In: GWF Wasser. Abwasser 149 (2008) Nr. 9 S /6/ Interne Firmenmitteilungen Firma von der Forst, Pfarrweisach, März 2006 /7/ DVGW Arbeitsblatt W 316, Teil 1 und 2. Teil 1: Instandsetzung von Trinkwasserbehältern Qualifikationskriterien für Fachunternehmen. Teil 2: Fachaufsicht und Fachpersonal für die Instandsetzung von Trinkwasserbehältern; Lehr- und Prüfungsplan. DVGW, Bonn, März 2004 /8/ Breitbach, M.: Dauerhaftigkeit und Instandhaltung von Betonbauteilen in der Trinkwasserspeicherung Planungsgrundsätze, Hygieneanforderungen, Erläuterungen zum Regelwerk, Praxisbeispiele. Bau-Fachtagung Trinkwasserbehälter SKZ, Berlin Juni 2009 /9/ DIN EN 1504 Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken, Ausgabe Oktober 2005 /10/ DIN EN 1508 Wasserversorgung Anforderungen an Systeme und Bestandteile der Wasserspeicherung, Ausgabe Dezember 1998 KONTAKT Dr. Hans-Dieter WOLF VANDEX Isoliermittel GmbH Industriestraße Schwarzenbek 35