5 Ersatz geschädigten Betons

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1 Ersatz geschädigten Betons.1 Allgemeines Innerhalb dieses Kapitels werden die Baustoffe für den Ersatz geschädigten Betons hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungsbereiche und Verarbeitung am Bauteil beschreiben. Hierzu wird zunächst im Abschnitt.2 der Aufbau von Betonersatzsystemen mit einer kurzen Gegenüberstellung der Materialien erläutert. Die Anwendungsbereiche und Anforderungen an Betonersatzsystemen nach EN und Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb für Bauwerke und Bauteile aus Beton und Stahlbeton RL-SIB /DAfStb01/ werden ebenfalls im Abschnitt.2 zusammengefasst. Neben Betonen und/oder Mörteln beinhalten Betonersatzsysteme i. d. R. auch Haftbrücken und Feinspachtel sowie einen Korrosionsschutz der Bewehrung. Diese Baustoffe werden in den Abschnitten.7 und.8 erläutert. Das Kapitel schließt mit Hinweisen zur Schadensvermeidung (Abschnitt.9) ab..2 Überblick.2.1 Materialien eines Betonersatzsystems Generell werden Instandsetzungsmörtel zum Ersatz von geschädigtem Beton eingesetzt. Zusätzlich kann der Einsatz eines so genannten Korrosionsschutzes (Abschnitt.2.9), einer Haftbrücke sowie eines Feinspachtels (Abschnitt.2.7) erforderlich sein. Eine Haftbrücke dient zur Verbesserung der Haftung zwischen Altbeton und Instandsetzungsmörtel, während der Feinspachtel zur Nivellierung des Instandsetzungsmörtels bei einem nachfolgend aufzubringenden Oberflächenschutzsystem eingesetzt wird. Bild.1 zeigt die Elemente eines Betonersatzsystems. Der in bestimmten Fällen auf die vorbehandelte Bewehrungsoberfläche applizierte Korrosionsschutz (1. in Bild.1) ist in der Regel zementgebunden oder auf Reaktionsharzbasis, gewöhnlich Epoxidharz. Die Haftbrücke (2. in Bild.1) ist entweder eine zementgebundene Schlämme oder ein Reaktionsharz, gewöhnlich Epoxidharz, ggf. entsprechend des Korrosionsschutzes. Der Instandsetzungsmörtel (3. in Bild.1) wird in vergleichsweise dünnen Schichten aufgebracht, bei großen Ausbruchstellen wird Instandsetzungsbeton verwendet. Die Verwendung des Feinspachtels (4. in Bild.1) dient zum Porenabschluss und Glätten. Zur Erstellung einer ebenen und profilgerechten Oberfläche kann eine zusätzliche Ausgleichsschicht erforderlich sein. Abschließend wird i. d. R. eine mineralische Dickbeschichtung, z. B. ein Instandsetzungsmörtel M2-PCC I (Variante A), oder ein Oberflächenschutzsystem (Variante B) aufgebracht. Während der Feinspachtel Bestandteil des

2 .2 Überblick 11 Betonersatzsystems oder Oberflächenschutzsystems sein kann, gehört die Haftbrücke zum Betonersatzsystem und die unter Umständen erforderliche Grundierung als Zwischenschicht zum Oberflächenschutzsystem. Bild.1: Elemente eines Betonersatzsystems Folgende Materialien werden als Ersatz geschädigten Betons verwendet: Beton Spritzbeton Zementmörtel (CC für Cement Concrete) Kunststoffmodifizierter, zementgebundener Beton bzw. Mörtel (PCC für Polymer Cement Concrete) Kunststoffmodifizierter, zementgebundener Beton bzw. Mörtel, der im Spritzverfahren aufgebracht wird (SPCC für Sprayed Polymer Cement Concrete) Reaktionsharzgebundener Beton bzw. Mörtel (PC für Polymer Concrete) Tabelle.1 stellt die Angaben nach RL-SIB bzw. ZTV-ING zur Zusammensetzung der unterschiedlichen Instandsetzungsmörtel gegenüber. Die Materialien können für die statisch und nicht statisch relevante Instandsetzung von Betontragwerken eingesetzt werden. Die Darstellung der Anwendungsbereiche erfolgt in der RL-SIB /DAfStb01/ anhand von Beanspruchungsklassen und in der EN 104-3:200 anhand der Prinzipien und Methoden. Im nachfolgenden Abschnitt.2.2 werden beide Arten der Einteilung in Anwendungsbereiche dargestellt.

3 116 Ersatz geschädigten Betons Tab..1: Regelungen zur Zusammensetzung von Zementmörtel, PCC, SPCC und PC nach RL-SIB bzw. ZTV-ING Mörtel/Beton Beton Spritzbeton Zementmörtel PCC SPCC Typ Zement DIN EN 197-1, DIN 1164 oder allg. bauauf. Zulassung, CEM 32, CEM I, EN 197-1, DIN 1164 Gehalt in kg/m³ DIN 104-2, DIN EN w/z DIN 104-2, DIN EN Gesteinskörnung DIN EN Größtkorn: 8 oder 16 mm 400 0, - Polymer - - DIN M.-% bzg. auf Zement bei Prinzip R 1) PC DIN , ofentrocken 1) Instandsetzungsprinzip R (Bild 1.3) 2) andere Polymere sind nach RL-SIB grundsätzlich ebenfalls möglich 0 EP 2) Beim Ersatz von geschädigtem Beton erfolgt die Unterscheidung zwischen einer lokalen und flächigen Schädigung. Ist das Betongefüge lokal strukturell geschädigt, was z. B. durch Abklopfen der Betonoberfläche mit einem Hammer bestimmbar ist, oder muss die Betonoberfläche aufgrund chemischer Veränderungen (z. B. Karbonatisierung, Chloridkontamination, Sulfate) entfernt werden, so müssen die Ausbruchstellen wieder mit geeignetem Material geschlossen werden. Darüber hinaus werden Instandsetzungsmörtel zur Erhöhung der Betondeckung eingesetzt. Tabelle.2 fasst zusammen, welches Material für den jeweiligen Bereich geeignet ist. Die mechanischen Eigenschaften der Instandsetzungsmörtel sind durch die Zusammensetzung und das Mischungsverfahren in einer breiten Bandbreite einstellbar. Somit kann anhand einer Angabe der mittleren Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und des E-Moduls keine Unterscheidung zwischen Beton, Spritzbeton, Zementmörtel, PCC und SPCC getroffen werden. Die Druckfestigkeit liegt im Mittel der handelsüblichen Systeme bei etwa N/mm², die Biegzugfestigkeit beträgt etwa 10 N/mm² und der dynamische E-Modul schwankt zwischen und N/mm². Das Schwindmaß beträgt nach 90 Tagen im Raumklima etwa 0, bis 0,9 mm/m. Der PC weist hingegen eine deutliche höhere Biegezugfestigkeit (z. B. 20 N/mm²) und einen geringeren E-Modul (z. B N/mm²) auf. Eine detaillierte Darstellung der Eigenschaften der Instandsetzungsmörtel erfolgt in Abhängigkeit vom Material jeweils in den Abschnitten.3 (Beton und Spritzbeton),.4 (Zementmörtel),. (Kunststoffmodifizierte Mörtel) und.6 (Kunststoffmörtel).

4 .2 Überblick 117 Tab..2: Überblick über wesentliche Anwendungsgebiete von Beton, Spritzbeton, Zementmörtel, PCC, SPCC, PC Mörtel/Beton Beton Spritzbeton Zementmörtel PCC SPCC PC Anwendungsbereich Großflächige Instandsetzung, Mindestschichtdicke 0 mm, häufig bewehrte Vorsatzschalen, Instandsetzung von Böden und Betonstrassen Großflächige Instandsetzung, Mindestschichtdicke 30 0 mm, häufig bewehrte Vorsatzschalen, Stützwände, keine waagerechten Oberseiten Örtlich begrenzte Bereiche, beliebige Lage der Flächen, Mindestschichtdicke etwa 20 mm, Verfüllen mit Abschalung in Bereichen mit geringen Anforderungen an die Haftzugfestigkeit Beliebige Flächengröße und -neigung, dynamisch beanspruchte Flächen, befahrbare Flächen unter Beschichtung, Brücken- und Deckenuntersichten, Mindestschichtdicke etwa 10 mm Beliebige Flächengröße, dynamisch beanspruchte Flächen, keine waagerechten Oberseiten, Brücken- und Deckenuntersichten, Stützen, Balken, Fassaden, Mindestschichtdicke etwa 10 mm Örtlich begrenzte Flächen, beliebige Neigung, geringe Schichtdicken ab mm Tabelle.3 fasst die stoffabhängigen Richtwerte für Schichtdicken von Instandsetzungsbetonen und -mörteln noch einmal zusammen. Begründet ist die kleinere Schichtdicke des PCC gegenüber dem reinen Zementmörtel in erster Linie mit der geringeren Nachbehandlungsempfindlichkeit des PCC. Weil der PC kein Wasser enthält und infolgedessen nicht austrocknen kann, sind hier noch kleinere Schichtdicken erlaubt. Tab..3: Richtwerte für Schichtdicken bei großflächigem Auftrag ( 1 m 2 ) von Instandsetzungsbetonen/-mörteln nach RL-SIB /DAfStb01/ Beton-/Mörtelart Größtkorndurchmesser min 1) mm Schichtdicke Beton 8 bis Spritzbeton ) Zementmörtel SPCC ) 0 4) PCC ) 0 4) PC ) mindestens 3facher Größtkorndurchmesser 2) 0 mm bei dynamisch beanspruchten Bauteilen 3) bei Instandsetzungsprinzip R1: 20 mm 4) örtlich bis 100 mm max.

5 118 Ersatz geschädigten Betons Die nachfolgenden Bilder zeigen typische Anwendungsbereiche für die jeweiligen Instandsetzungsbetone/-mörtel. Bild.2 zeigt links eine Hausecke an der Beton abgeplatzt ist. Da es sich hier um eine kleine senkrechte Fläche handelt und gute Haftzugfestigkeiten zwischen Betonuntergrund und Instandsetzungsmörtel vorliegen sollten, ist in diesem Fall ein PCC besonders geeignet. Zudem bietet PCC mit Portlandzement (CEM I) nach RL-SIB bzw. ZTV-ING ein alkalisches Milieu, das den Bewehrungsstahl vor weiterer Korrosion schützt (mögliches Instandsetzungsprinzip R2, Bild 1.3). Für die Bodenplatte in Bild.2, rechts, sollte ebenfalls als Instandsetzungsmörtel ein PCC gewählt werden, da eine gute Haftung zum Untergrund erforderlich ist. Ein PC kann hier aufgrund der erforderlichen Schichtdicken nicht eingesetzt werden und SPCCs sind nicht auf waagerechten Flächen einzusetzen. Bild.2: Beispiele für Anwendungsbereiche eines PCCs Für die Instandsetzung der Brücke in Bild.3 ist ein PCC oder SPCC auszuwählen, da hohe Haftzugfestigkeiten zum Untergrund erforderlich sind. Für den Einsatz eines PCs wären die erforderlichen Schichtdicken zu groß. Da es sich um eine lokale Instandsetzung unter schwierigen Arbeitsbedingungen handelt, ist abzuwägen ob Spritzen (SPCC) gegenüber einem händischen Auftrag (PCC) wirtschaftlicher ist. Bild.3: Beispiel für die Anwendung eines PCCs oder SPCCs

6 .2 Überblick 119 In Bild.4 ist eine weitere Brücke dargestellt, bei der großflächige, senkrechte Flächen instand zusetzen sind. In diesem Falle sind spritzbare Mörtel oder Betone besonders wirtschaftlich. Ob ein Spritzbeton mit Größtkorn 8 mm oder ein SPCC eingesetzt wird, hängt von der minimal erforderlichen Schichtdicke ab. Diese sollte jedoch minimal 20 mm betragen, um das Instandsetzungsprinzip R1 (Bild 1.3) anwenden zu können. Bild.4: Beispiel für die Anwendung eines Spritzbetons oder SPCC s Der in Bild. dargestellte Boden kann mit einem PC oder einem PCC instand gesetzt werden, da es sich um einen kleinflächigen Bereich mit geringer erforderlicher Schichtdicke handelt. Der Einsatz eines PCs hat den Vorteil der vergleichsweise schnellen Aushärtung. Bild.: Beispiel für die Anwendung eines PCs oder PCCs

7 120 Ersatz geschädigten Betons Bei der Verarbeitung der Instandsetzungsmörtel sind die Umgebungsbedingungen zu beachten. Eine Zusammenfassung der erforderlichen Umgebungsbedingungen für die einzelnen Instandsetzungsmörtel ist in Tabelle.4 dargestellt. Auf die Verarbeitung und den Einsatz der Materialien am Bauteil wird in den jeweiligen Abschnitten.3 (Beton und Spritzbeton),.4 (Zementmörtel),. (Kunststoffmodifizierte Mörtel) und.6 (Kunststoffmörtel) ausführlicher eingegangen. Tab..4: Gegenüberstellung der Umgebungsbedingungen für eine Instandsetzungsmaßnahme mit Beton, Spritzbeton, Zementmörtel, PCC, SPCC, PC Mörtel/Beton Temperatur min/max Witterung Oberflächenzugfestigkeit* - C - N/mm² Beton Spritzbeton Zementmörtel PCC SPCC /30 Kein Regen, Windstärke 3 Beaufort, Austrocknung durch Sonne vermeiden PC 8/40 Bauteiltemperatur > 3 K über Taupunkt, kein Regen oder Nebelnässe, kein Staub * Betonuntergrund Mittelwert: 1, Kleinster Einzelwert: 1,0 Nachbehandlung Vor Austrocknung schützen, feucht halten Zunächst vor Austrocknung schützen, feucht halten, danach Austrocknen ermöglichen Keine erforderlich.2.2 Generelle Anwendungsbereiche nach EN und RL-SIB Anwendungsbereiche nach EN in Übereinstimmung mit EN V Mörtel und Betone werden ggf. mit anderen Produkten und Systemen angewendet, um die Nutzungsdauer eines geschädigten Betontragwerks zu verlängern, indem der ursprüngliche bauliche Zustand wieder hergestellt und/oder Beton ersetzt wird sowie Bewehrungen mit einem alkalischen Schutz versehen werden. Tabelle. beinhaltet die in EN 104-3:200 erfassten Anwendungsbereiche.

8 .2 Überblick 121 Tab..: Anwendungsbereiche nach EN Prinzip Nr. Prinzip und seine Definition Auf diesem Prinzip basierende Methode Prinzip 3 (CR: Concrete Restoration) Betonersatz Wiederherstellung eines Betontragwerks hinsichtlich seiner vorgesehen geometrischen Form und Funktion Wiederherstellen der Eigenschaften des Betontragwerks durch teilweisen Betonersatz 3.1 Mörtelauftrag von Hand 3.2 Querschnittsergänzung durch Betonieren 3.3 Beton- oder Mörtelauftrag durch Spritzverarbeitung Prinzip 4 (SS: Structural Strengthening) Verstärkung Erhöhung oder Wiederherstellung der Tragfähigkeit eines Bauteils des Betontragwerks 4.4 Querschnittsergänzung mit Mörtel oder Beton Prinzip 7 (RP: Preserving or Restoring Passivity) Erhalt oder Wiederherstellung der Passivität 7.1 Erhöhung der Betondeckung mit zusätzlichem zementgebundenen Mörtel oder Beton 7.2 Ersatz von schadstoffhaltigem oder karbonatisiertem Beton Beanspruchbarkeitsklassen nach RL-SIB Die Anwendungsbereiche nach RL-SIB ergeben sich aus den Beanspruchbarkeitsklassen (M 1, M 2 und M 3) sowie stoffspezifischen Materialeigenschaften, auf die in den nachfolgenden Abschnitten näher eingegangen wird. Tabelle.6 fasst die Beanspruchbarkeitsklassen zusammen. An einem Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 1 werden geringe Anforderungen gestellt, da er nur für kleinere Ausbesserungen ohne besondere Anforderungen eingesetzt wird. Im Wesentlichen muss er eine ausreichende Druckfestigkeit ( 10 MPa) aufweisen. Die Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 2 sind, je nach Stoffart und Konsistenz, für sehr unterschiedliche Anwendungsbereiche geeignet. Sie müssen gegenüber M 1-Mörtel Mindestwerte des Karbonatisierungswiderstandes einhalten. Eine einwandfreie Applikation und Aushärtung bei dynamischer Beanspruchung (z. B. aus Verkehr) muss gegeben sein. Die Mörtel PCC II und PC II müssen für die Anwendung an senkrechten Flächen und über Kopf geeignet sein (Bild.6). Ein Beispiel für PCC II ist auch im Bild.3 gegeben, während die Bilder.2 und. Beispiele für PC I und PCC I zeigen. An Betone und Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 3 werden zusätzlich zu den Anforderungen an die Betone und Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 2 erhöhte Anforderungen bzgl. Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit gestellt. Im Gegensatz zu allen anderen Mörteln kann die mittragende Wirkung des M 3 im statischen Nachweis berücksichtigt werden. Dafür benötigte Kennwerte wie E-Modul, Kriechzahl, Schwinden und Verbundspannung zwischen Bewehrungsstahl und M 3 werden im Rahmen der Grundprüfung ermittelt.

9 122 Ersatz geschädigten Betons Tab..6: Beanspruchbarkeitsklassen nach RL-SIB /DAfStb01/ Anwendungsbereich Beanspruchbarkeitsklasse Stofftyp M 1 zementgebunden M 2 zementgebunden M 2 zementgebunden M 3 zementgebunden Stoffbezeichnung Für Instandsetzungsprinzip R geeignet dynamische Beanspruchung bei und nach Applikation zulässig statische Mitwirkung zulässig PCC I x x - maximale Flächengröße örtlich begrenzt Lage der Auftragsfläche beliebig waagerechte/ schwach geneigte Oberseiten beliebig PCC II x x - beliebig SPCC x x - PC II - x - beliebig PC I - x - örtlich begrenzt 1 x x x beliebig beliebig Unterseiten, vertikale und stark geneigte Flächen Anwendungsbeispiele Fassaden befahrbare Flächen unter Belägen auf Brücken und in Parkhäusern M 2 reaktionsharzgebunden Brückenuntersichten, Stützwände, Widerlager, Fassaden befahrbare waagerechte/ Flächen unter schwach geneigte Belägen auf Obersei- Brücken und ten in Parkhäusern Stützen, Platten 2, Balken 1 im Verkehrsbereich < 1 m² zulässig 2 im Hochbau auch direkt befahrbare Flächen

10 .2 Überblick 123 Bild.6: Anwendungsbereiche für kunststoffmodifizierte Mörtel bzw. Betone am Beispiel einer Hohlkastenbrücke.2.3 Anforderungen nach EN und RL-SIB Anforderungen nach EN Je nach Instandsetzungsprinzip und eingesetztem Instandsetzungsverfahren sind nach EN 104-3:200 bestimmte Eigenschaften anhand von genormten Prüfverfahren zu untersuchen. Die Liste der zu untersuchenden Eigenschaften kann sich mit dem Erscheinen der deutschen Restnorm DIN V noch erweitern. Tabelle.6 gibt eine Übersicht über die zu prüfenden Eigenschaften. Die Prüfverfahren werden in Kapitel 9 detailliert beschrieben. Die untersuchten Eigenschaften müssen die in der EN 104-3:200 aufgeführten Anforderungen erfüllen. Bei der Formulierung der Anforderungen wird zwischen Anforderungen zur Identifikation des Produktes oder Systems und Anforderungen zur Gebrauchstauglichkeit für statisch und nicht statisch relevante Instandsetzungsprodukte unterschieden. Inwiefern die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit zu erfüllen sind, hängt vom Instandsetzungsprinzip und -verfahren ab (Tabelle.7). Tabelle 11.1 im Anhang gibt die Anforderungen an die Identifikation von Instandsetungsmörteln mit den erforderlichen Prüfungen und zulässigen Abweichungen an. Die vom Hersteller durchzuführenden Prüfungen zur Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit der Instandsetzungsmörtel sind in Tabelle 11.2 im Anhang zusammengefasst. Die Restnorm DIN V zur EN 104-3:200 wird zum Zeitpunkt der Drucklegung des Buches noch diskutiert (näheres kann Abschnitt 1.4. entnommen werden).