Betonschäden und Betoninstandsetzung

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Linus Krämer
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1 Betonschäden und Betoninstandsetzung Bauschäden - Schadenserkennung und Prüfungen am Bauwerk Sicherheit Werterhaltung Standsicherheit des Bauwerks Sicherheit der Nutzer Dauerhaftigkeit des Bauwerks Verwitterungsbeständigkeit - Oberflächenschäden Planung und Durchführung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen

2 Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse

3 Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse Abplatzungen der Betonüberdeckung Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse Abplatzungen der Betonüberdeckung Kiesnester

4 Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse Abplatzungen der Betonüberdeckung Kiesnester Verfärbung des Betons Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse Abplatzungen der Betonüberdeckung Kiesnester Verfärbung des Betons Wechsel der Oberflächenstruktur an einem Bauteil

Wechsel der Oberflächenstruktur an einem Bauteil Ausblühungen, Aussinterungen Bauteilverformungen oder -

5 Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse Abplatzungen der Betonüberdeckung Kiesnester Verfärbung des Betons Wechsel der Oberflächenstruktur an einem Bauteil Ausblühungen, Aussinterungen Erkennen von Bauschäden optisch Rostfahnen Risse Abplatzungen der Betonüberdeckung Kiesnester Verfärbung des Betons Wechsel der Oberflächenstruktur an einem Bauteil Ausblühungen, Aussinterungen Bauteilverformungen oder - verschiebungen

6 Eine kleine Auswahl verschiedenster Schäden an Betonbauwerken Betonschäden

7 Betonschäden Betonschäden

8 Betonschäden Betonschäden

9 Betonschäden Betonschäden

10 Betonschäden Betonschäden

11 Betonschäden Betonschäden

12 Betonschäden Korrosion des Bewehrungsstahls Korrosion Schäden an Stahlbetonbauteilen werden häufig durch die Korrosion des Bewehrungsstahls hervorgerufen. Die Korrosion von Stahl ist abhängig vom ph-wert ,5 ph-wert

Voraussetzung für die Korrosion von Stahl Vorraussetzungen für Stahlkorrosion: O 2 - Zutritt zur Stahloberfläche H 2 O - Zutritt zur Stahloberfläche (Elektrolyt) ph - Wert des Elektrolyts < ~ 9,5

Gelöst in Wasser wird aus dem Calciumhydroxid Calciumlauge mit einem ph-wert von 12,5. Frischer Beton hat demnach immer einen ph-wert von 12,5.

13 Voraussetzung für die Korrosion von Stahl Vorraussetzungen für Stahlkorrosion: O 2 - Zutritt zur Stahloberfläche H 2 O - Zutritt zur Stahloberfläche (Elektrolyt) ph - Wert des Elektrolyts < ~ 9,5 diese drei Voraussetzungen müssen gleichzeitig erfüllt sein!! Carbonatisierung Bei der Zementerhärtung entstehen C-S-H-Phasen und Calciumhydroxid (Ca(OH) 2 ). Gelöst in Wasser wird aus dem Calciumhydroxid Calciumlauge mit einem ph-wert von 12,5. Frischer Beton hat demnach immer einen ph-wert von 12,5. Dieses alkalische Milieu verhindert die Korrosion des Stahls. Es bildet sich eine dünne Passivschicht auf der Oberfläche des Stahls. In der Atmosphäre hingegen herrscht ein saures Milieu, da der Regen durch gelöste Luftkohlensäure (CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 ) einen ph-wert von ca. 4-5 besitzt. Für die Korrosion von Bewehrungsstahl muss der ph-wert des Betons von 12,5 auf unter 9,5 absinken oder die o. g. Passivschicht wird durch eingedrungene Cl - -Ionen (Tausalz) aufgehoben.

14 Stahlbeton Gründe, warum sich Stahl und Beton zu einem idealen Verbundbaustoff kombinieren lassen: Stahl kann im Gegensatz zu Beton sehr gut Zugkräfte übertragen. Beton kann sehr gut Druckkräfte übertragen. Stahl und Beton haben annähernd identische Wärmedehnkoeffizienten (α T =10-5 K -1 ) Stahl wird durch den ph-wert von Beton (ca. 12,5) vor Korrosion geschützt. Carbonatisierung Säure Lauge Säure + Lauge = neutral

15 Carbonatisierung Korrosion carbonatisiert nicht carbonatisiert Korrosionsprodukte Volumenvergrößerung durch Korrosion Beton wird abgesprengt Carbonatisierung Korrosion Die zeitliche Abhängigkeit der Carbonatisierungstiefe k T ergibt sich aus Optimale, äußere Bedingungen für den Carbonatisierungsfortschritt liegen im Bereich um 65 % relativer Feuchte Einfluss der Umgebungsbedingungen auf den Carbonatisierungsfortschritt Kohlendioxid diffundiert durch Poren in den Beton und reagiert dort mit Calciumhydroxid zu Kalkstein und Wasser. Dadurch gewinnt der Zementstein an Festigkeit und Dichtigkeit. Die problematische Folge dieser Reaktion ist die damit verbundene Neutralisation des Milieus und somit die Herabsetzung des ph- Wertes. Sinkt der ph-wert unter 9,5 ab, kann der Stahl rosten, denn Wasser und Sauerstoff sind im Porensystem des Zementsteins i.d.r. vorhanden. Die Carbonatisierung beginnt an der Oberfläche und dringt mit der Zeit weiter in die Tiefe. Die Carbonatisierungsgeschwindigkeit hängt stark von der Porosität des Betons ab (w/z-wert!!!).

16 Carbonatisierungsgeschwindigkeit C Gegenmaßnahmen Porosität des Betons minimieren (niedriger w/z-wert, sorgfältig verdichten, sorgfältig nachbehandeln) dichter Beton verhindert das Eindringen von CO 2 und korrosionsauslösenden Salzen (z.b. Cl - ) ausreichende Betonüberdeckung verhindert, dass die Carbonatisierung bis zum Betonstahl vordringt Das Nennmaß der Betonüberdeckung c nom setzt sich aus dem Mindestmaß c min und einem Vorhaltemaß c zusammen: c nom = c min + c Die Größe des Vorhaltemaßes hängt vor allem von der Expositionsklasse, der das Bauteil zugeordnet ist, sowie von der Bauausführung und Überwachung ab..

17 Expositionsklassen Bewehrungs-Korrosion Beton-Korrosion Karbonatisierung Frost C O 2 X C = Carbonation X F = Freezing XC XF Chloride X D = Deicing XD XA X0 chem. Angriff X A = chem. Attack Meerwasser X S = Seawater XS XM Verschleiß X M = Mech. Attack Gegenmaßnahmen

Bauteils mit dem Hammer Prüfung von lokalen

18 Erkennen und Instandsetzung von Bauschäden Erkennen von Bauschäden einfache Untersuchungen vor Ort Abklopfen des Bauteils mit dem Hammer Prüfung von lokalen Festigkeitsunterschieden mit dem Rückprallhammer (nach Schmidt) DIN EN

Erkennen von Bauschäden einfache Untersuchungen vor Ort Feststellung

19 Erkennen von Bauschäden einfache Untersuchungen vor Ort Prüfung der Carbonatisierung durch 0,1-%ige alkoholische Phenolphtaleinlösung Erkennen von Bauschäden einfache Untersuchungen vor Ort Feststellung des Bewehrungsgrades und der Betonüberdeckung durch elektromagnetische Messgeräte

20 Instandsetzung (1) Aufsuchen und Freilegen aller erkennbaren Schadensstellen bis auf den tragfähigen Beton. Instandsetzung (2) Entrosten der freigelegten Bewehrungsstäbe und Reinigen der vorgesehenen Reparaturflächen von allen verbundmindernden Bestandteilen mittels Sandstrahlen.

21 Instandsetzung (3) Konservieren der entrosteten Bewehrung durch eine Korrosionsschutzbeschichtung. Instandsetzung (4) Herstellen einer Haftbrücke zwischen Altbeton und Reparaturmörtel (i.d.r. das gleiche Material wie der Reparaturmörtel).

PCC ist die Abkürzung für Polymer- Cement-Concrete, ein kunststoffmodifizierter, zementgebundener Mörtel oder

22 Instandsetzung (5) Reprofilieren der Ausbruchstellen mit Reparaturmörtel (PCC) unmittelbar nach Auftragen der Haftbrücke frisch in frisch. PCC ist die Abkürzung für Polymer- Cement-Concrete, ein kunststoffmodifizierter, zementgebundener Mörtel oder Beton Instandsetzung (6) Porenschluß und ggf. Strukturangleichung durch Feinspachtel oder Schlämme Carbonatisierungsschutz und Farbangleichung durch mehrlagige Beschichtung (Oberflächenschutz OS)

Keine Filmbildung Instandsetzung Imprägnierung:

23 Instandsetzung Hydrophobierung: Feuchteschutz durch Reduzierung der kapillaren Wasseraufnahme Keine Filmbildung Instandsetzung Imprägnierung: Porenverschluss durch dünnen Film ungleichmäßiger Dicke

24 Instandsetzung Beschichtung: Eigenschaften einer Beschichtung: - CO 2 -dicht - wasserdicht - wasserdampfdiffusionsoffen

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