Abdichtungsinjektion mit Acrylatgel und das Korrosionsrisiko für die Bewehrung im Stahlbetonbauwerk

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Bettina Weiner
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1 Abdichtungsinjektion mit Acrylatgel und das Korrosionsrisiko für die Bewehrung im Stahlbetonbauwerk Dipl. Ing. Knut Asendorf; Asendorf Bauchemie Consult Wiesbaden Injektionen mit hydrophilen polymeren Methyl Acrylaten (PMMA), allgemein unter dem Sammelbegriff Acrylatgel zum Verpressen bekannt, werden seit etwa 1970 im Stahlbeton eingesetzt. Während Abdichtungsinjektionen in Risse mit Polyurethan in der Richtlinie des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (Rili SIB) und in der ZTV ING des BMV geregelt ist, gibt es für die flächige Abdichtungsinjektion hinter Bauwerke, das bedeutet Injektion in den Baugrund (Schleierinjektion) ausschließlich die Richtlinie der Deutschen Bahn AG. Für den Einsatz von Injektionsgel in Stahlbetonbauwerken gibt es noch keine nationalen Regelwerke. Auf europäischer Ebene wird es Regelungen geben. In jüngster Vergangenheit gibt es Berichte von Korrosionserscheinungen, die durch Acrylatgel verursacht worden sein sollen. Im Stahlbeton, zum Beispiel als Arbeitsfugenabdichtung, ist nicht auszuschließen, dass Acrylatgel in der flüssigen Verarbeitungsphase und auch im Langzeitkontakt in ausreagierter Form mit der Bewehrung in Kontakt kommen kann. Als betroffene Fachleute nehmen wir diese Aussagen sehr ernst und gehen mit wissenschaftlichen Methoden diesen Erscheinungen nach. Auf der anderen Seite darf diese Bauweise, die seit mehr als 30 Jahren erfolgreich eingesetzt wird, nicht in Misskredit geraten, weil es am Markt Produkte gibt, von denen einige in der Tat Korrosion verursachen können. Ziel dieses Aufsatzes ist es den Sachstand aufzuzeigen und dem Anwender Unterscheidungshilfen zu geben. Die Entwicklung von unterschiedlichen Stoffen dieser Spezies verlief nicht immer im Sinne der Bauwerke und oder der Umwelt. Mit den heute am Markt befindlichen Stoffen ist die Umweltproblematik gelöst. Lange Zeit bereits befassen sich die verschiedenen Stellen mit der Korrosionsfrage. Untersuchungen gab und gibt es von mehreren Institutionen insbesondere haben sich Industrie seit etwa 1976 TU München 1981 Uni Essen etwa 1995 MPA Leipzig 1999 TH Aachen seit 2005 mit diesem Thema befasst. Alle diese Stellen haben unterschiedliche Untersuchungsmethoden entwickelt und somit auch unterschiedliche Interpretationen zugelassen. Für den Anwender, aber auch als wissenschaftliche

2 Grundlage ist es erforderlich geworden einheitlich nachvollziehbare und wissenschaftlich fundierte Untersuchungsmethoden zu erarbeiten. Ziel ist es eine einheitliche Eignungsprüfung für Verpressgele für den Einsatz in Stahlbetonbauwerken in Bezug auf die Korrosionswirkung zu entwickeln. Das Prüfverfahren soll möglichst praxisnah zu realistischen Aussagen kommen. Wir haben auch innerhalb und außerhalb der Fachgemeinschaft mit Kollegen das nachfolgend beschriebene Prüfverfahren entwickelt. 1. Zu prüfende Stoffe Unter dem Begriff Verpressgel werden am Markt von mehreren Herstellern sehr unterschiedliche Stoffe zum Verpressen von Rissen und Arbeitsfugen im Stahlbeton angeboten. Soweit es sich um Stoffe auf PMMA-Basis handelt (missverständlich werden auch bestimmte Polyurethanschäume als Verpressgel bezeichnet), können zwei unterschiedliche Effekte zu Korrosionserscheinungen führen: 1.1 Beschleunigerüberschuss in der Komponentenmischung kann dazu führen, dass Peroxyd temporär zur Rostbildung beiträgt. 1.2 Bei einer instabilen Formulierung des Stoffes können Acrylsäuren den ph- Wert in der Umgebung des Betonstahls bis in den saueren Bereich hinein absenken und somit die Passivierung an der Stahloberfläche aufheben. An dieser Stelle muss eine weitere Erscheinungsform bei unterschiedlichen Produkten eingeführt werden: Man unterscheidet zwischen stabilisiertem Verpressgel und nicht stabilisiertem. Als Definition gilt festzuhalten: Gele sind Festkörperstrukturen (hier Polymerstrukturen), in die Wasser physikalisch eingebunden ist Dieses bedeutet, dass das enthaltene Wasser nicht chemisch eingebunden ist und daher unter physikalischen Einflüssen auch seine Position innerhalb der Struktur ändern kann oder aufgrund der hydrophilen Eigenschaften noch zusätzlich Wassermoleküle in seine Struktur aufnehmen kann. Es kann also entweichen (Z.B. unter Druck oder Temperatur durch Verdunsten) oder weiteres Wasser aufnehmen. In jedem Falle können sich durch diesen Effekt die Eigenschaften des ursprünglich eingebauten Geles vollständig ändern. Alle Materialien, die für den hier vorgesehenen Zweck geeignet sein sollen, müssen bestimmte Grenzwerte in Bezug auf ihr Wasseraufnahmeverhalten einhalten um die Dauerhaftigkeit der durchgeführten Maßnahme gewährleisten zu können.

3 Als einfachsten Handversuch kann man ein ausreagiertes Stück Gelmaterial in ein Wasserbad legen und sein Quellverhalten beurteilen. Wenn der Probekörper mehr als ca % aufquillt, dann handelt es sich um ein nicht stabilisiertes Material, welches für unseren Einsatz ungeeignet ist. Abb. 1: Gelstruktur Stabile Gele Nehmen in ihre Matrix nur die planmäßige Menge Wassermoleküle auf, d.h. ihre Matrix ist so stabil, dass keine Aufweitung der Polymerstruktur durch zusätzliche Wasseraufnahme eintritt Das Gel besitzt einen begrenzten, definierter Quelleffekt Es tritt kein Verdünnungseffekt ein, das Gel bleibt in seiner stabilen Konsistenz Es erfolgt keine Freisetzung von Restsäuren Nicht stabile Gele quellen bei Wasserbeaufschlagung unbegrenzt auf

4 die Polymerstruktur weitet sich durch die ständige Aufnahme von Wassermolekülen so weit auf, bis die Polymerstruktur zerrissen wird und so aus den Polymerketten wieder Oligomere entstehen teilweise kann durch diese Oligomerbildung Acrylsäure frei gesetzt werden, die den ph Wert in den saueren Bereich zurückführt und so das alkalische Milieu des Bewehrungsstahles an den Kontaktstellen mit Gel unterbricht Um Eignungsprüfungen für Verpressgel zu entwickeln, wurde zunächst auf die Richtlinie der Bahn AG zurückgegriffen, die die Stabilitätsprüfungen in ihren Abschnitten Anhang 3.1 bis 3.5 beschreibt. Masse- und Volumensänderung bei Wasserlagerung 15 % Verformbarkeit nach Wasserlagerung 1,5 % Beständigkeit gegen betonangreifende Flüssigkeiten nach DIN 4030 Keine Veränderung 2. Prüfprinzip Vor Beginn der Probenherstellung sind folgende Eingangswerte zu ermitteln: PH Wert Komponente A Komponente A+B Weitere Eingangsprüfungen nach Richtlinie der DB AG Anhang 3: Grenzwert-Tabelle und Prüfkriterien Abschnitte 1-5 Das hier beschriebene Verfahren umfasst folgenden Umfang: Es wird in einem bewehrten Betonprobekörper (C30/37) eine Fehlstelle (Kiesnest) so hergestellt, dass der Baustahl diese Stelle kreuzt. Über einen Injektionskanal wird das zu prüfende Gel injiziert, so dass die Hohlräume im Kiesnest völlig gefüllt sind und auch der Baustahl im Beton mit dem Stoff in Kontakt kommt. Der Probekörper wird hälftig im Wasser und an der Luft über einen definierten Zeitraum gelagert. In periodischen Abständen wird das Potenzialfeld gemessen und dokumentiert. Die Veränderung des Potenzial-Feldes im Vergleich zu einem Nullversuch gibt Aufschluss über den Korrosions-Fortschritt. Nach Ablauf der Prüfzeit wird der Probekörper geöffnet und der Korrosionsgrad beurteilt und dokumentiert. Die Lagerungsdauer beträgt 12 Wochen, einmal wöchentlich werden die Zwischenmessungen vorgenommen.

5 Abb. 2 : Probekörper Nach der so durchgeführten Prüfung können klare Bewertungen getroffen werden Bei stabilisiertem Gel entsteht keine Korrosionswirkung Stabile Gele, die nach der Prüfung alkalisch reagieren können keine Korrosion hervorrufen

6 Bei nicht stabilisiertem Gel gibt es starke Korrosionserscheinungen die bis zur völligen Auflösung des Baustahls führen können Instabile teilweise sauer reagierende Materialien sind für die Korrosion am Bewehrungsstahl verantwortlich Zusammenfassung Nicht jedes PMMA verursacht Bewehrungskorrosion im Beton die Bauweise hat sich seit langer Zeit bewährt und ist von allen Fachleuten anerkannt. Um auch den Stand der Wissenschaft soweit zu bekommen, dass sichere Prognosen für den Einsatz von Verpressgel im Stahlbetonbauwerk einheitlich definiert und reproduzierbar untersucht werden können, war die Entwicklung des beschriebenen Prüfverfahrens erforderlich geworden. Aus der Vielzahl der Produkte, die am Markt angeboten werden, sollen nur stabile Gele im Stahlbeton eingesetzt werden, die den entsprechenden Eignungsnachweisen unterzogen wurden.

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