Parkgaragen in Betonbauweise Schutz vor Chloriden aus Tausalz Bestandserfahrungen Instandsetzung - Neubau

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1 Sika Deutschland GmbH grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Parkgaragen in Betonbauweise Schutz vor Chloriden aus Tausalz Bestandserfahrungen Instandsetzung - Neubau Dipl.-Ing. Peter Bremer / grbv und Michael Luft / Sika Vortrag am / grbv Symposium Hoch- und Industriebau

2 Inhalt Parkgaragen in Betonbauweise Schutz vor Chloriden aus Tausalz Bestandserfahrungen Instandsetzung - Neubau 1. Einführung allgemein (neben Sika gibt es auch andere Anbieter, z.b. Sto) 2. unser Beispiel heute: Parkgarage Baujahr 1976, Schwarzabdichtung, ohne Sohlplattenbeschichtung 3. Feststellungen und Ergebnisse der labortechnischen Untersuchungen 4. Baustoffkunde Korrosionsmechanismus Schutz vor Chloriden 5. Planung der Schutzmaßnahmen - Oberflächenschutzsysteme 6. Instandsetzungsideen für Beispielgarage 7. Besonderheit bei Weißen Wannen: rückwärtige Durchfeuchtung 8. Ausblick auf zukünftige Lösungsmöglichkeiten und Anforderungen 2

3 Einführung allgemein offensichtlich ein spannendes Thema viele Fachbücher aus aktuellem Flyer: 3

4 Einführung allgemein Rest - Buhne auf Sylt so sollen unsere Parkgaragen nicht enden! 4

5 Beispielgarage Parkgarage Baujahr 1976, Schwarzabdichtung, ohne Sohlplattenbeschichtung augenscheinlich guter altersgerechter Zustand! 5

6 Beispielgarage Entwässerung mittig in Betonausparung eingesetzt, Stützen einfach beschichtet, keine Hohlkehlen zum Boden 6

7 Beispielgarage geschlossene Tiefgarage Daten Stellplatzanzahl 120 Fläche m² Frequenz öffentlich, mittel Baujahr 1976 (39 Jahre) Entwässerung Rinne Mitte Fahrgasse Abdichtung Sohle Bitumen außenliegend Hohlkehle Wand-Sohle nein Beschichtung Sohle nein Stützen/Wände Beschichtung dekorativ/nein 7

8 Beispielgarage Wände ungeschützt 8

9 Beispielgarage Einfahrspur mit Wassereintrag 9

10 Beispielgarage ungünstige Pfützenbildung 10

11 Allgemein Zahlen zum Eintrag von mit Tausalz belastetem Wasser: bis zu 12 Liter Wasser pro Radkasten Salzkonzentration von bis zu 3% (Meerwassersalzgehalt 3,5%) je Stellplatz bis zu 115 g Salz oder 60 g/m² Garagenfläche je Abtauvorgang Wenn sich diese Menge auf 3 cm Betondicke einlagert, haben wir bereits einen Chloridgehalt von rd. 1% bezogen auf die Zementmasse. Glücklicherweise sind die tatsächlichen Verhältnisse günstiger viel Salz verschwindet durch die Entwässerung/Reinigung! 11

12 Feststellungen Aus Deckenundichtigkeit abtropfendes Wasser teilweise auch mit Tausalz belastet! 12

13 Feststellungen Abtropfendes Wasser auf Fahrzeuge!?! 13

14 Feststellungen Rohrdurchführungen Abdichtung schwierig, wenn kein Abstand untereinander 14

15 Feststellungen Auffangrinnen bei undichten Deckenfugen 15

16 Feststellungen Betonqualität im Rinnenbereich, Arbeitsfugen, Risse, Betondeckung infolge Oberflächengefälle geringer 16

17 Feststellungen Risse linienförmig netzartig krakeleeförmig Rissweiten über 0,2 mm 17

18 Feststellungen Oberfläche mechanisch beansprucht Abtrag loser/mürber Betonbestandteile 18

19 Feststellungen ältere Reparaturstelle, Abplatzung und Sicht auf Betonuntergrund, Feinteile wurden beseitigt, dennoch Ablösung der Beschichtung 19

20 Baustoffprüfungen Kernbohrungsentnahme - Risstiefe messen 20

21 Baustoffprüfungen Untersuchungsprogramm und Ergebnisse Risse Bohrkerne 50 mm Sohle gerissen 3 St Risstiefe 100 mm Druckfestigkeit f c Sohle ungerissen 6 St N/mm² Wand - Stützen - Schmidthammer Sohle 1 St 50 N/mm² Decke 3 St 64 N/mm² Wand - - Stütze - - Carbonatisierung Sohle Stütze Wand UZ Decke ph< 9 9,2 kein Schutz, keine Rotfärb mm mm mm >30 mm >30 mm Betondeckung Ferroscan PS 200 Sohle 9 92 mm Stütze 6 25 mm Wand 7 86 mm Decke 6 28 mm Unterseite Chloridgehalt max. 0,5% bezogen auf Zementmasse Bohrmehlproben Tiefe mm Sohle Mittelzone ,56 5,55% Sohle tief ,15 3,10% Stütze/Wand ,20 7,55% Stütze/Wand ,14 2,99% Decke normal 0,10 0,20% Decke undicht 30 tief 0,92% Bauteilöffnung Bewehrungskontrolle geringe Bewehrungsschäden 21

22 Bauteilprüfung Potentialfeldmessung zur Lokalisation von Bewehrungskorrosion, Voraussetzung Beton unbeschichtet, möglichst gleichmäßige Betonfeuchte, flächige Arbeitsweise 22

23 Feststellungen Stützenbewehrung korrodiert 23

24 Feststellungen Stützenbeton zerbröselt (andere Parkgarage, 12 Jahre alt!) 24

25 Feststellungen Schadensbild einer Stahlkonstruktion mit Betonfahrbahn, ca. 9 Jahre alt!) 25

26 Allgemein Allgemein gilt: Satz 1: Stahlbetonbau lebt vom Korrosionsschutz der Bewehrung! speziell Parkgaragen: Der Beton/Stahl der Parkgaragen wird beansprucht durch: Feuchtigkeit Tausalz (Chloride) Reinigungs- und Betriebsstoffe aus Fahrzeugverkehr mechanische Beanspruchung durch Verkehr insbesondere auf Rampen Temperaturverformungen und andere Zwangsbeanspruchungen daraus folgt Satz 2: Chloride sind von der Bewehrung fernzuhalten! Chloride gefährden die Standsicherheit der Bauteile mit ungeschützten Betonflächen möglicherweise auch die Gründung aufstehender Gebäude! 26

27 Allgemein Veränderung gegenüber früher: heute höhere Fahrzeuggewichte (SUV bis 3t) mit entsprechenden Verformungen am Bauwerk Dadurch auch höhere mechanischen Beanspruchung der Fahrbahnoberflächen in Kaufhäusern auch infolge Einkaufswagen. früher häufig Korrosionsschutz der Bewehrung nur durch Beton nur bei besonders hoher Beanspruchung Schwarzabdichtungen mit Schutzasphalt in Anlehnung an Brückenbauwerke heute Schutz des Betons / der Bewehrung durch Oberflächenschutzsysteme Die Verwendung von Oberflächenschutzsystemen erfordert Sachkenntnisse in der Auswahl und Umsetzung. Deshalb nachfolgend etwas über die Leistungsfähigkeit und Grenzen von Oberflächenschutzsystemen/Beschichtungen 27

28 Korrosionsmechanismus Wie kommt es zu Chloridschäden? Cl - H 2 O O 2 Anode Kathode karbonatisierter Beton Korrosion nicht karbonatisierter Beton 28

29 Korrosionsmechanismus Bewehrungsstahl wird durch Passivfilm aus Betonporenlösung (ph13) geschützt - Chloride führen, ebenso wie Karbonatisierung zur Depassivierung der Bewehrung - Makro-Elemente mit getrennten Anoden- und Kathodenbereichen werden gebildet - Durch daraus resultierende Ströme treten sehr hohe Korrosionsraten am Bewehrungsstahl auf und führen in kurzer Zeit zu tiefen Korrosionsnarben ( Lochfraßkorrosion ). 29

30 Korrosionsmechanismus Das Ergebnis dieses Doppelangriffs : 30

31 Korrosionsmechanismus Wie wird Korrosion durch Chloride verhindert? Durch Austausch des Betons oder Entzug der genannten Voraussetzungen! Cl - H 2 O O 2 Anode Kathode karbonatisierter Beton Korrosion nicht karbonatisierter Beton 31

32 Planung - Möglichkeiten des Chloridschutzes Rissvermeidung (DBV Variante 1b) Oberflächenschutz (DBV Variante 2) Risse werden durch konstruktive (z. B. Vorspannung oder Einfeldsysteme) und/oder betontechnische und ausführungstechnische Maßnahmen vermieden. Schwachpunkt ist hierbei die Dauerhaftigkeit der Fugen, enorme Mehrkosten durch u.a. Betonrezeptur, Stahlmenge, Einbautechnologie, Nachbehandlung von Rissen Flächiges OS-System schützt vor dem Eindringen von Tausalz und Feuchtigkeit. OS8: auftretende Risse sind gemäß Wartungsplan kurzfristig zu sanieren OS11: Rissweitenbegrenzung erforderlich! II T+V (Belastung aus Temperatur und Verkehr): Bewehrung für Rissbreite w k = 0,3 mm bemessen Schwachpunkt ist die Dauerhaftigkeit bei unzureichender Berücksichtigung der Nutzungsintensität. 32

33 Planung Schutzvarianten derzeit aus dem zur Zeit noch geltenden DBV-Merkblatt Parkhäuser und Tiefgaragen : 33

34 Planung - Schutzvarianten derzeit aus der Tabelle des aktuellen DBV-Merkblattes ergibt sich: Variante 1 Variante 1a Bauweise mit Rissen für XD3, XC3, mit flächigem oder lokalem Schutz Variante 1b Risse vermeidende Bauweise XD3, XC4 Variante 2 flächiger Schutz mit erweitertem Instandhaltungskonzept für XD1, XC3 Variante 3 Abdichtung nach DIN bzw. OS10 mit Schutzschicht Gussasphalt für XC3 Erläuterungen: XD3 = Chloridbelastung, wechselnd nass / trocken = mindestens Beton C35/45 XD1 = Chloridbelastung, mäßige Feuchte = mindestens Beton C30/37 34

35 Planung - Oberflächenschutzsysteme starres System OS8 elastisches System z.b. OS11 Vorteile: dampfdiffusionsfähig, wässrige Epoxysysteme erreichen Wasserdampfdurchlässigkeitsklasse l, langlebig, geringerer Verschleiß gegenüber elastischen Systemen Nachteile: keine Rissüberbrückung, auftretende Risse sind gemäß Wartungsplan vor dem Auftreten von Chloriden zu sanieren. Vorteile: Rissüberbrückung OS10: IV T+V (max. Rissbreite 0,4 mm) OS11: II T+V (max. Rissbreite 0,2 mm) (Belastung aus Temperatur und Verkehr) Die Bewehrung muss für die angegebene max. Rissbreite bemessen werden. Nachteile: Wasserdampfdurchlässigkeitsklasse III, damit Risiko (Ausschlusskriterium!)der Blasenbildung durch Dampfdruck aus dem Untergrund ( rückwärtige Durchfeuchtung ), geringere Lebensdauer gegenüber starren Systemen, Wartung besonders wichtig, Dauerhaftigkeit kann durch besondere Maßnahmen erhöht werden. Satz 3: Beschichtung für Betonoberflächen gem. DBV-Merkblatt: OS8 für rissfreie Oberflächen oder OS11b für rissgefährdete Oberflächen 35

36 Planung - Instandsetzung im Bestand allgemein Instandsetzungsrichtlinien R, W, K, C Variante R: konventionelle Instandsetzung durch Entfernen des chloridbelasteten Betons, Wiederherstellen der Bewehrung, Reprofilierung der Betonüberdeckung (Austausch) Variante W: zerstörungsfrei, Beschichtung des chloridbelasteten Betons mit dem Ziel, den Wassergehalt zu reduzieren, Einschluss der Chloride - sehr riskant bei Chloridkorrosion: hygroskopische Wirkung von Chloriden und rückseitiger Feuchtenachschub behindern die Austrocknung, gut geeignet bei karbonatisierungsinduzierter Korrosion. Variante K: KKS Kathodischer Korrosionsschutz, um die Bewehrung durch Anlegen einer Spannung zu zwingen, kathodisch in einem geregelten Kreis zu wirken Variante C: Beschichtung des Bewehrungsstahls, um den anodischen Teilprozess zu unterbinden, aufwendig und riskant insbesondere bei unvollständiger Beschichtung der Bewehrungseisen! 36

37 Planung - Wartung Wartungsanforderungen gem. aktuellem DBV-Merkblatt 37

38 Beispielgarage Instandsetzungsplanung Planungsidee 1 bei begrenzter Restnutzungsdauer (10-20 Jahre): chloridverseuchten Beton in Rissbereichen ausbauen partielle Reprofilierung mit PCC noch vorhandene Risse schließen sichtbare Korrosionsschäden an Wänden/Stützen beseitigen PCC-Hohlkehlen zwischen waagerechten und senkrechten Flächen einbauen kein Oberflächenschutzsystem zusätzlich, regelmäßige Kontrollen/Instandsetzung Erhalt des ursprünglichen Zustandes unter Verbleib der Chloride, die noch einen ausreichenden Abstand zur vorhandenen Bewehrung haben Monitoring nur begrenzt zu empfehlen Aufklärung des Bauherrn nötig! 38

39 Beispielgarage Instandsetzungsplanung Planungsidee 2 solide Instandsetzungsvariante (RND ca Jahre): chloridverseuchten Beton in Rissbereichen ausbauen partielle Reprofilierung mit PCC Risse schließen sichtbare Korrosionsschäden an Wänden/Stützen beseitigen PCC-Hohlkehlen zwischen waagerechten und senkrechten Flächen einbauen Betonoberflächen stabilisieren für nachfolgendes Oberflächenschutzsystem Oberflächenschutzsystem rissüberbrückend OS11b, Wartung gem. DBV-Merkblatt Verbesserung des ursprünglichen Zustandes unter Verbleib der Chloride, die noch einen ausreichenden Abstand zur vorhandenen Bewehrung haben sie werden eingesperrt. Risko ist evtl. verbleibende Feuchtigkeit im Beton. OS11b ist möglich, da infolge der hier vorhandenen Schwarzabdichtung die rückwärtige Durchfeuchtung nicht zu erwarten ist. 39

40 Beispielgarage Instandsetzungsplanung Planungsidee 3 bestmögliche Instandsetzung (ähnlich der üblichen Lebensdauer für Neubauten von ca. 50 Jahre): chloridverseuchten Beton in Rissbereichen und in der Fläche ausbauen Risse schließen Haftbrücke auf alten tragfähigen Beton aufbringen flächige Reprofilierung mit Beton/PCC in Abhängigkeit von den Auftragsdicken, Gefälle 2-2,5%, evtl. neue Rissbildung der Reprofilierung bei Wahl des OS beachten sichtbare Korrosionsschäden an Wänden/Stützen beseitigen PCC-Hohlkehlen zwischen waagerechten und senkrechten Flächen einbauen Oberflächenschutzsystem OS11b, Wartung gem. DBV-Merkblatt Weitgehende Beseitigung der Chloride erhöht die Restnutzungsdauer erheblich. OS11b ist möglich, da infolge der hier vorhandenen Schwarzabdichtung die rückwärtige Durchfeuchtung nicht zu erwarten ist. 40

41 Beispielgarage Instandsetzungsplanung Kosten (Anhaltswerte netto): OS 8 45 /m² Garagenfläche incl. Kugelstrahlen und Hohlkehlen 10 /m² zusätzlich für Sockelbearbeitung an Stützen und Wänden OS 11b 60 /m² Garagenfläche incl. Kugelstrahlen und Hohlkehlen Kosten für Abtrag und Reprofilierung z.b /m² Garagenfläche, d.h. Kosten der Beschichtung betragen ca. 1/3 bis ½ der Betoninstandsetzungskosten 41

42 Weiße Wanne Instandsetzungsplanung Umgang mit der Gefahr rückwärtiger Durchfeuchtung: Bei Sohlplatten auf Erdreich kann ein osmotischer Effekt auftreten. Der Beton wirkt aufgrund der Porosität als halbdurchlässige Trennschicht. Unterschiedliche Dichten des Beton und der Beschichtung können zu osmotischen Drücken in der Beschichtung führen, die zum Ablösen der Beschichtung führen können. Deswegen werden bei Weißen Wannen diffusionsfähige Beschichtungssysteme notwendig, die zwar nicht den osmotischen Prozess unterbinden, aber durch die Diffusionsmöglichkeit den schädigenden Druckaufbau verhindern. Diese diffusionsfähigen Systeme sind leider nicht rissüberbrückend. Daher die aktuelle Diskussion der Fachleute: Ist der Einsatz von OS 8 bei Weißen Wannen als Schutz vor Chloriden sinnvoll (abgesehen von der dekorativen Wirkung)? Oder spart man das Geld für OS8 und investiert in regelmäßige Betoninspektion und Instandsetzung? Satz 4: Beschichtungen OS 8 gelten als sicher bei rückwärtiger Duchfeuchtung, bei OS 11b ist das nur unter bestimmten Voraussetzungen der Fall! 42

43 Weiße Wanne Instandsetzungsplanung Planungsidee 3 angepasst auf Gefahr rückwärtiger Durchfeuchtung: chloridverseuchten Beton in Rissbereichen und in der Fläche ausbauen Risse schließen Haftbrücke auf alten tragfähigen Beton aufbringen flächige Reprofilierung mit Beton/PCC in Abhängigkeit von den Auftragsdicken, Gefälle 2-2,5%, Rissbildung bei Wahl des OS beachten sichtbare Korrosionsschäden an Wänden/Stützen beseitigen PCC-Hohlkehlen zwischen waagerechten und senkrechten Flächen einbauen diffusionsoffenes Oberflächenschutzsystem OS8 (nicht rissüberbrückend), intensives Achten auf Rissbildungen, Wartung gem. DBV-Merkblatt oder: OS11b mit zus. ECC-Beschichtung als Dampfdruckentspannungsschicht? oder: keine Beschichtung, Monitoring 43

44 OS für Neubau Weiße Wanne Zur Gefahr der rückseitigen Durchfeuchtung: Der Beton nimmt von unten Feuchtigkeit auf und möchte sie an die Oberfläche transportieren. Wenn die Beschichtung dampfdicht ist (OS11), kommt es zu Ablösungen. Ein ähnlicher Effekt tritt ein, wenn der vorhandene Beton Feuchtigkeit enthält (Test mit aufgeklebter Folie). Gegenmaßnahme bei Neubauten: Abdichtung der Bodenplatte von unten: z.b. durch eine Frischbetonverbundfolie SikaProof A. Dann ist oben eine rissüberbrückende Beschichtung OS11a möglich (Sika Duplex System).. 44

45 OS - Zusatzmaßnahme bei Feuchte ECC-Beschichtung mit Sikafloor EpoCem als Grundlage für weitere Beschichtungen auf jungem Beton und feuchten Untergründen oder als Einstreubelag in Anlehnung an OS8. Dieses Material kann auf Grund seines Chloridmigrationskoeffizienten zur Erhöhung des Widerstandes von Beton gegenüber Chlorideintrag genutzt werden und somit auch zum Ausgleich fehlender Betondeckung beitragen.. Versiegelung z.b. Sikafloor 2550W/ 264 Einstreuschicht Sikafloor -81 EpoCem Grundierung Sikarepair/- floor EC Modul 45

46 OS Zusatzmaßnahme Neubau Weiße Wanne Feuchtesperre außenseitig mit Frischbetonverbundfolie SikaProof A (für Neubauten) Hinterlaufschutz bei Beschädigung. Gitternetzförmig geprägte Dichtmembran auf Basis von FPO* Polyolefinischer Dichtstoff Vlieskaschierung (PP*) 46

47 Oberflächenschutzsysteme Kosten und Dauerhaftigkeit Oberflächenschutzsystem Leichte Beanspruchung Mittlere Beanspruchung Schwere Beanspruchung < 300 Fahrzeugwechsel pro Jahr (z.b. Bürogebäude) < 1000 Fahrzeugwechsel pro Jahr (z.b. Bahnhöfe, Flughäfen) > 1000 Fahrzeugwechsel pro Jahr (Einkaufszentren, Supermärkte) OS 8 Systemschichtdicke 2,5 mm Einschätzung der Lebensdauer Einschätzung der Lebensdauer Einschätzung der Lebensdauer Jahre Jahre Jahre Einschätzung der Folgekosten * Einschätzung der Folgekosten* Einschätzung der Folgekosten* Folgekosten Teilerneuerung Folgekosten Teilerneuerung Folgekosten Teilerneuerung Sika CarDeck Static ca. 15 Euro/m² ca. 15 Euro/m² ca. 15 Euro/m² Folgekosten Kompletterneuerung Folgekosten Kompletterneuerung Folgekosten Kompletterneuerung ca Euro/m² ca Euro/m² ca Euro/m² * ohne Entsorgungskosten 47

48 Oberflächenschutzsysteme Oberflächenschutzsystem Leichte Beanspruchung Mittlere Beanspruchung Schwere Beanspruchung < 300 Fahrzeugwechsel pro Jahr (z.b. Bürogebäude) < 1000 Fahrzeugwechsel pro Jahr (z.b. Bahnhöfe, Flughäfen) > 1000 Fahrzeugwechsel pro Jahr (Einkaufszentren, Supermärkte) OS 11a Systemschichtdicke 4,5 mm Einschätzung der Lebensdauer Einschätzung der Lebensdauer Einschätzung der Lebensdauer Jahre Jahre 8 13 Jahre Einschätzung der Folgekosten* Einschätzung der Folgekosten* Einschätzung der Folgekosten* Folgekosten Teilerneuerung Folgekosten Teilerneuerung Folgekosten Teilerneuerung Sika CarDeck Elastic II UV ca Euro/m² ca Euro/m² ca Euro/m² Folgekosten Kompletterneuerung Folgekosten Kompletterneuerung Folgekosten Kompletterneuerung ca. 40 Euro/m² ca. 40 Euro/m² ca. 40 Euro/m² * ohne Entsorgungskosten 48

49 Ausblick Das in Überarbeitung befindliche DBV-Merkblatt bringt u.a.: Umbenennung der Varianten Entwurfsgrundsätze definieren durch Objektplaner, Tragwerksplaner, Bauherrn generell Betondeckung 40 mm + (außer bei Schwarzabdichtung sinnvoll bei Schäden?) lokaler Schutz mit Inspektion, Wartung, Instandhaltung möglich Wartung gewinnt an Bedeutung meistens jährlich! 49

50 Sika Deutschland GmbH grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Zusammenfassung Satz 1: Stahlbetonbau lebt vom Korrosionsschutz der Bewehrung! Satz 2: Chloride sind von der Bewehrung fernzuhalten! Satz 3: Beschichtung für Betonoberflächen gem. DBV-Merkblatt: OS 8 für rissfreie Oberflächen oder OS 11b für rissgefährdete Oberflächen Satz 4: Beschichtungen OS 8 sicher bei rückwärtiger Duchfeuchtung, bei OS 11b nur unter bestimmten Voraussetzungen!

51 Produkte zukünftig z.b. bei Sika Sika OneShot, das schnelle System! Innerhalb von 24h befahrbar! VOC-freie Systeme Sika CarDeck Static VF (in Anlehnung an OS8) ECC-Beschichtung mit Sikafloor-81 Epocem bei Gefahr rückseitiger Durchfeuchtung oder zum Ausgleich fehlender Betonüberdeckung (in Anlehnung an OS8) Sika CarDeck Professional M, das manuelle OS10 Weitere Varianten mit dem bewährten SikaCor Elastomastic TF, wie z.b. SikaCarDeck Professional TF als OS10 für besonders hohe Ansprüche und Sika CarDeck Heavy Duty für hochbelastete Rampen und Spindeln (in Anlehnung an OS8) 51

52 Sika Deutschland GmbH grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG So kann es nach der Sanierung aussehen einladend, nachhaltig! Es ist unser Anspruch, Sanierungsmöglichkeiten für Ihre Bauwerke zu entwickeln und Ihnen eine wirtschaftliche Lösung für einen nachhaltigen Betrieb zu erarbeiten. Wir bedanken uns für Ihre Aufmerksamkeit!