Vertiefte Kenntnisse über Werkstoffe des Bauwesens

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1 Institut für Vertiefte Kenntnisse über Werkstoffe des Bauwesens Prof. Dr.-Ing. R. Dillmann Institut für Universität Duisburg - Essen 2004 Prof. Dr. Dillmann 1

2 Inhalt Institut für Betone entsprechend der DAfStb-Richtlinie Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (September 1996) Allgemeines Prüfverfahren FD- Betone FDE-Betone Kunststoffmodifizierte Betone (Polymere Cement Concrete) Faserbetone (Fiber Concrete) Hochleistungsbetone (High Performance Concrete) Selbstverdichtender Beton SVB (Self Compacting Concrete SCC) Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen 2004 Prof. Dr. Dillmann 2

3 Allgemeines (1) Institut für Besorgnisgrundsatz entsprechend WHG 19: Anlagen zum Lagern, Abfüllen, Herstellen und Behandeln wassergefährdender Stoffe sowie Anlagen zum Verwenden wassergefährdender Stoffe im Bereich der gewerblichen Wirtschaft und im Bereich öffentlicher Einrichtungen müssen so beschaffen sein und so eingebaut, unterhalten und betrieben werden, daß eine Verunreinigung der Gewässer oder eine sonstige nachteilige Veränderung ihrer Eigenschaften nicht zu besorgen ist Prof. Dr. Dillmann 3

4 Allgemeines (2) Institut für Gesetzliche Regelungen Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts (WHG) vom 23. September 1986 Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen und für Fachbetriebe vom (VAwS) Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen und über Fachbetriebe vom (VVAwS) Verwaltungsvorschriften zum Vollzug der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen und über Fachbetriebe (VV-VAws) vom Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten (TRbF) 2004 Prof. Dr. Dillmann 4

5 Allgemeines (3) Institut für Anlagen müssen so beschaffen sein und betrieben werden, daß: 1. wassergefährdende Stoffe nicht austreten können. Anlagen müssen dicht, standsicher und gegen die zu erwartenden mechanischen, thermischen und chemischen Einflüsse hinreichend widerstandsfähig sein. Einwandige unterirdische Anlagen sind unzulässig. 2. Undichtigkeiten aller Anlagenteile, die mit wassergefährdenden Stoffen in Berührung stehen, schnell und zuverlässig erkennbar sind: 3. austretende wassergefährdende Stoffe schnell und zuverlässig erkannt und zurückgehalten werden. Im Regelfall müssen die Anlagen mit einem dichten und beständigen Auffangraum ausgerüstet werden, sofern sie nicht doppeltwandig und mit einem Leckanzeigegerät versehen sind,. Auffangräume dürfen grundsätzlich keine Abläufe haben; 4. im Schadensfall anfallende Stoffe, die mit ausgetretenen wassergefährdenden Stoffen verunreinigt sein können, zurückgehalten und ordnungsgemäß entsorgt werden können Prof. Dr. Dillmann 5

6 Allgemeines (4) Institut für Definitionen: LAU-Anlagen = Anlagen zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen wassergefährdender Stoffe einfacher und herkömmlicher Art HBV-Anlagen = Anlagen zum Herstellen und Behandeln wassergefährdender Stoffe im Bereich der gewerblichen Wirtschaft und im Bereich öffentlicher Einrichtungen LAWA= Länderarbeitsgemeinschaft Wasser Ableitfläche = Fläche mit Gefälle, über die das Medium abgeleitet wird Dichtfläche = Konstruktionsteile, die für die Dichtfunktion maßgebend sind Prof. Dr. Dillmann 6

7 Allgemeines (5) Institut für Auffangraum = Einrichtung zur Aufnahme wassergefährdender Medien für eine begrenzte Zeitdauer Rückhalteflächen = Flächen, die das beaufshlagende Medium für eine nachgewiesene Dauer zurückhalten Beaufschlagung = Einwirken des Mediums auf den Beton Schädigungstiefe = Tiefe der Schädigung ab Betonoberfläche durch chemische Reaktion s Ct der wassergefährdenden Stoffe mit dem Beton innerhalb der Beaufschlagungsdauer und/oder durch Verschleiß S Vt. Charakteristische Eindringtiefe e tk = 1,35* e tm (e tm = mittlere Eindringtiefe) bei einer Beaufschlagungsdauer von i. d. R. 72 Stunden 2004 Prof. Dr. Dillmann 7

8 Allgemeines (6) Institut für Wassergefährdungsklassen: WGK 0: im allgemeinen nicht wassergefährdend WGK 1: schwach wassergefährdend WGK 2: wassergefährdend WGK 3: stark wassergefährdend In Abhängigkeit von der Wassergefährdungsklassen und den Mengen wird ein abgestuftes Sicherheitssystem notwendig, z. B.: Maßnahmen zum Erkennen von Undichtheiten (E) Infrastrukturelle Maßnahmen (I) Maßnahmen für den Brandfall (Z) Maßnahmen zum Schutz vor freigesetzten Stoffen (F) 2004 Prof. Dr. Dillmann 8

9 Beispiele von wassergefährdenden Flüssigkeiten Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 9

10 Beanspruchungsstufen Institut für Gering: Kurzzeitige Beanspruchung, Beaufschlagungsdauer 8 Stunden Mittel: Begrenzte Beanspruchung; Beaufschlagungsdauer 72 Stunden Hoch: Langzeitige Beanspruchung; 72 Sunden < Beaufschlagungsdauer 3 Monate 2004 Prof. Dr. Dillmann 10

11 Bauarten von Dichtflächen (1) Institut für 1 Gussasphalt- oder Walzasphalt-Deckschicht ohne flüssigkeits-beaufschlagte Fugen zu anderen Werkstoffen gemäß Merkblatt für die Herstellung flüssigkeitsundurchlässiger Asphaltbefestigungen in Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen ; Hohlraumgehalt 3 Vol-%, Dicke 3 bis 4 cm. 2 Asphaltbefestigung ohne flüssigkeitsbeaufschlagte Fugen zu anderen Werkstoffen gemäß Merkblatt für die Herstellung flüssigkeitsun-durchlässiger Asphaltbefestigungen in Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen ; Dicke der gesamten Asphaltbefestigung 10 cm, Dicke der Deckschicht 3 bis 4 cm aus Gussasphalt oder Walzasphalt (Hohlraumgehalt 3 Vol-%) 3 Asphaltbefestigung wie zuvor, jedoch mit zusätzlicher Dichtungsschicht gemäß DIN Abdichtung von Bauwerken 2004 Prof. Dr. Dillmann 11

12 Bauarten von Dichtflächen (2) Institut für 4 Betonformsteine gemäß TRbF 112 Nr Abs. 2 Ziff.3 oder großflächige Betonplatten gemäß TRbF 112 Nr Abs.2 Ziff. 4 und Fugenausführung und -abdichtung gemäß Merkblatt Nr. 6 Abdichten von Bodenfugen mit elastischen Dichtstoffen im befahrbaren Bereich an Abfüllanlagen von Tankstellen. 5 Beton B 25 gem. DIN 1045, d 15 cm und Fugenausführung und -abdichtung gemäß Merkblatt Nr. 6 Abdichten von Bodenfugen mit elastischen Dichtstoffen im befahrbaren Bereich an Abfüllanlagen von Tankstellen. Trennrisse > 0,1 mm sind zu schließen. 6 FD-Beton gemäß DIN 1045, Rissbeschränkung für w cal 0,2 mm (w M 0,1 mm), Konstruktion und Bauausführung gemäß DAfStb Richtlinie Beton beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen. Trennrisse > 0,1 mm sind zu schließen Prof. Dr. Dillmann 12

13 Bauarten von Dichtflächen (3) Institut für 7 FD-Beton gemäß DIN 1045 mit rechnerischem Nachweis der Dichtheit gemäß DAfStb-Richtlinie Beton beim Umgang mit wasser-gefährdenden Stoffen 8 Beton mit Beschichtung Beton gemäß DIN 1045 und der Richtlinie Standsicherheits- und Brauchbarkeitsnachweise für beschichtete Auffangräume aus Stahlbeton zur Lagerung wassergefährdender Flüssigkeiten 9 Stahl mit Beschichtung Beschichtung gemäß den Bau- und Prüfgrundsätzen für Beschichtungsstoffe zur Herstellung von Innenbeschichtungen von Stahlbehältern zur Lagerung wassergefährdender nichtbrennbarer Flüssigkeiten Prof. Dr. Dillmann 13

14 Bauarten von Dichtflächen (4) Institut für 10 Baukonstruktionen mit Plattenbelägen gemäß AGI S Stahl Mindestdicke für nichtrostenden Stahl nach DIN , DIN : 3 mm Mindestdicke für C-Stahl nach DIN EN , DIN : 6 mm Anforderungen an Schweißverbindungen gemäß DIN 287, EN Dichtungsbahn aus Kunststoff z.b. HD-PE gemäß den Bau- und Prüfgrundsätzen für Kunststoffbahnen als Abdichtungsmittel von Auffangwannen und Auffangräumen für die Lagerung wassergefährdender Flüssigkeiten 2004 Prof. Dr. Dillmann 14

15 Ausführung von Dichtflächen beim Lagern, Abfüllen und Umladen in Abhängigkeit von der Beanspruchung und der WGK Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 15

16 Dichtflächen beim Herstellen, Behandeln und Verwenden in Abhängigkeit von der Wassergefährdungsklasse und Beanspruchungen Institut für Beanspruchung WGK 0 WGK 1 WGK 2 WGK 3 gering 1) ,5 5), ),7 6) -12 mittel 2) ),7) -12 hoch (1-12) 4) 6 3),7 3), ),7), ),6),7), 8-12 ) Überwachung durch selbsttätige Störmeldeeinrichtungen in Verbindung mit ständig besetzter Betriebs-stätte und Aufzeichnung der Abweichung vom bestimmungsgemäßen Betrieb. Die Beanspruchungsdauer darf nachweislich maximal 8 Stunden sein. ) Überwachung nach Fußnote 1, Satz 1 oder Überwachung mittels arbeitstäglicher Kontrollgänge und Aufzeichnung der Abweichung vom bestimmungsgemäßen Betrieb. Die Beanspruchungsdauer darf nachweislich maximal 72 Stunden sein. ) Überwachung mittels monatlicher Kontrollgänge und Aufzeichnung der Abweichung vom bestimmungs-gemäßen Betrieb. ) Beständigkeitsnachweis für 30 Tage ist ausreichend. ) Fugenausführung gemäß DAfStb-Richtlinie Beton beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen, Teil Prof. Dr. Dillmann 16

17 Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 17

18 Regelungen für Dichtflächen aus Beton Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 18

19 Anforderungen an Beton für Dichtflächen Institut für Für das Sicherheitssystem können Betonausführungen eingesetzt werden: FD-Beton = Flüssigkeitsdichter Beton nach DIN 1045 auch als Vakuumbeton - mit vorgegebener Zusammensetzung und begrenzter Eindringtiefe FDE-Beton = Flüssigkeitsdichter Beton nach Eindringprüfung nach DIN 1045, abweichend von DIN 1045 jedoch möglicherweise durch Kunststoffe oder Fasern modifiziert oder vakuumbehandelt Prof. Dr. Dillmann 19

20 Reglungen für Beschichtungen und Auskleidungen aus Kunststoff Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 20

21 Regelungen für Dichtflächen aus Asphalt Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 21

22 Merkblatt für die Herstellung flüssigkeitsundurchlässiger Asphaltbefestigungen für Anlagen zum Umgang mit wassergefährdender Stoffe Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 22

23 Nachweis der Dichtheit von Stahlbeton Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 23

24 Einwirkungen wassergefährdender Flüssigkeiten auf Beton Institut für Einwirkungen: Physikalische Einwirkungen (Beaufschlagung) Chemische Einwirkungen (chemischer Angriff) Mechanische Einwirkungen (aus Lasten und Zwang sowie Verschleiß) Eindringen von Flüssigkeiten: a. Eindringen in ungerissenen Beton mit chemischem/mechanischem Angriff b. Eindringen in ungerissenen Beton ohne chemischen Angriff c. Eindringen in ungerissenen Beton ohne chemischen/mechanischen Angriff d. Eindringen in gerissenen Beton mit chemischem Angriff 2004 Prof. Dr. Dillmann 24

25 Prüfung der Eindringtiefe Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 25

26 Detail der Eindringprüfung Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 26

27 Prüfverfahren (1) Institut für 1. Eindringen in ungerissenen Beton ohne chemischen/mechanischen Angriff Ursache: Kapillarzugkräfte e = B * t( mm) t c t * ( ) e = e 2 mm t2 t1 t1 charakteristische Eindringtiefe e tk = e tm *1, Prof. Dr. Dillmann 27

28 Prüfverfahren (2) Institut für Im allg. liegt der Bemessung die charakteristische Eindringtiefe für einen Beaufschlagungszeitraum von 72 Stunden zugrunde. Zwei Nachweismöglichkeiten der charakteristischen Eindringtiefe e 72m für den Fall a: Prüfung der Eindringtiefen für einzelne Prüfflüssigkeiten am Referenzbeton e tm t = e72 m* 72 ohne Prüfung nach Bild 2-1. Entsprechend den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten σ e 72m = ,33*( ) η 0, Prof. Dr. Dillmann 28

29 Diagramm zur Ermittlung der Eindringtiefe Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 29

30 Faktor zur Berücksichtigung der relativen Luftfeuchte Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 30

31 Prüfverfahren (3) Institut für 2. Eindringen in ungerissenen Beton mit chemischem/mechanischem Angriff Bei FD-Beton mit säureunlöslicher Gesteinskörnung bzw. z/g 0,50 gilt bei ruhender bis leicht beweglichen Säuren: s C72m = 5 mm In allen anderen Fällen mit die Schädigungstiefe durch Versuche nachgewiesen werden. Bei zusätzlichem Verschleiß ist die mechanische Schädigungstiefe s vt zum Zeitpunkt der Beaufschlagung zu berücksichtigen. s s Ctm Ctk d b a b = oder P * (1 uc = d ) 2 P 1 2 uw 2004 Prof. Dr. Dillmann 31

32 Prüfung der Schädigungstiefe Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 32

33 Ermittlung der Schädigungstiefe Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 33

34 Prüfung der Eindringtiefe im gerissenen Beton Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 34

35 Leckrate bei Wasserbelastung von Trennrissen unterschiedlicher Breite Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 35

36 Rissbreite in Abhängigkeit von der Stahlspannung Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 36

37 Eigenschaften und Eindringtiefe verschiedener Flüssigkeiten Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 37

38 Zusammenhang zwischen Eindringtiefe und dynamischer Viskosität Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 38

39 Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 39

40 Abdichtende Zusätze Institut für 2004 Prof. Dr. Dillmann 40