Stahlbau. Unkonventionelle Lösungen für die Sanierung historischer Objekte. Dr. Frank Bayer. Sonderdruck

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1 2 Stahlbau 86. Jahrgang Februar 2017, S. A18 A20 ISSN A 6449 Sonderdruck Unkonventionelle Lösungen für die Sanierung historischer Objekte Dr. Frank Bayer

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3 Stahl- und Verbundbrückenbau Unkonventionelle Lösungen für die Sanierung historischer Objekte Bild 1. Wiwilí -Brücke Freiburg/Breisgau, aktueller Zustand Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungen ist die einzige Technologie, die sowohl im Werk als auch auf der Baustelle angewandt werden kann. Insbesondere bei der Sanierung von Stahlbauten ist ein hohes Maß an Flexibilität in der Applikation und der Auswahl geeigneter Beschichtungssysteme gefordert. Nur durch die Anwendung von Beschichtungsstoffen und -systemen können kosten- und bedarfsgerechte Lösungen für die unterschiedlichsten korrosionsschutztechnischen Sanierungsaufgaben an Stahlbauobjekten realisiert werden. Bei der Sanierung des Korrosionsschutzes historischer Objekte sind aufgrund der verwendeten Materialien, der Bauart, der Konstruktion und des Denkmalschutzes objektspezifische Besonderheiten zu erwarten. Oftmals ist das Ausmaß der Sanierungsarbeiten inklusive des Stahlbaus erst nach dem Projektstart zu erkennen und Maßnahmen zur Oberflächenvorbereitung, Beschichtungssysteme und deren Applikation müssen den Anforderungen flexibel angepasst werden [1]. Eine allgemein gültige Vorgehensweise oder gar eine normative Festlegung der Vorgehensweise und Beschichtungssysteme ist wegen der individuellen Fragestellungen nicht möglich. Natürlich kann auf gute Erfahrungen mit bestehenden Beschichtungssystemen aus Neubauvorhaben oder Teilerneuerungen zurückgegriffen werden. In diesem Beitrag sollen anhand historischer Objekte die besonderen Herausforderungen, wie verwendete Baustoffe, Altbeschichtungen und konstruktive Besonderheiten, dargestellt werden. Der Erhalt der oft denkmalgeschützten Objekte konnte nur durch teilweise unkonventionelle korrosionsschutztechnische Maßnahmen realisiert werden. 1. Wiwilí-Brücke Freiburg/Breisgau (Baujahr 1886) 110 Jahre nach der Einweihung der damaligen Kaiser-Wilhelm- Brücke wurde die heute nach der Partnerstadt der Stadt Freiburg/Breisgau Wiwilí (Nicaragua) benannte Brücke für den Fahrzeugverkehr gesperrt. Mit 160 m Gesamtlänge werden in unterschiedlichen Spannweiten eine Straße und mehrere Bahngleise überführt (vgl. Bild 1). Bei den Sanierungsarbeiten im Jahre 2009 wurde an der Unterkonstruktion eine Vollerneuerung des Korrosionsschutzes durchgeführt. Dabei mussten auch etliche Stahlteile erneuert werden. Es sollte ein Standard-Beschichtungssystem nach Blatt 87 mit Zinkstaub-Grundbeschichtung zum Einsatz kommen. Innerhalb der ersten Stunde nach der Oberflächenvorbereitung bis zum Vorbereitungsgrad Sa 2½ waren auf der gestrahlten Oberfläche wieder deutliche Korrosionsprodukte zu erkennen (vgl. Bild 2). Bild 2. Zustand der frisch gestrahlten Stahloberfläche nach ca. 4 Stunden Standzeit in der eingehausten Baustelle. Nach langen Untersuchungen, Recherchen und Hinweisen von Baustahl-Experten wurde deutlich, dass hier ein besonderer Schmiedestahl verarbeitet wurde: sogenannter Puddelstahl. Unter Puddeln versteht man ein Verfahren zur Reduzierung des Kohlenstoffanteils von Stahl, welches im 19. Jahrhundert verbreitet war. Es entsteht ein kohlenstoffarmer Schmiedestahl, der aufgrund der häufigen Schmiedevorgänge eine ausgeprägte Schichtstruktur aufweist, die an eine Holzmaserung erinnert. Vermutlich befanden sich in den Hohlräumen dieses Stahls Salze, die bereits beim Schmieden mit eingearbeitet wurden. Durch das Strahlen wurden die Hohlräume geöffnet und Luftfeuchtigkeit in Kombination mit Sauerstoff löste die beobachteten Korrosionserscheinungen aus. Breesle-Test Messungen an den frisch gestrahlten Oberflächen ergaben hohe Salzkonzentrationen und bestätigen diese Hypothese. Auch wiederholtes Strahlen führte nach kurzer Zeit zum jeweils gleichen schlechten Ergebnis. Hier war eine unkonventionelle Lösung gefragt: Eine schnelltrocknende Versiegelung der frisch gestrahlten Oberfläche ähnlich einem Shopprimer sollte die Oberfläche abdichten und die schnelle Korrosion verhindern. Gemäß den Erwartungen des Auftraggebers kam hierfür nur eine hochreaktive 2K-Epoxid-Grundbeschichtung in Frage. Der weitere Aufbau wurde dann auf ein Vierschicht-System gemäß Blatt 87 mit Zinkphosphat-Grundbeschichtung geändert. Die Bögen sollten aus Gründen des Denkmalschutzes nur teilerneuert werden. An Probeflächen wurde das geeignete Beschichtungssystem ermittelt. Es konnte ebenso nach Blatt 87 gearbeitet werden. Stahlbau 86 (2017), Heft 2 (Sonderdruck ungekürzte Fassung) 3

4 Stahl- und Verbundbrückenbau Bild 3. Elbebrücke Loschwitz-Blasewitz Blaues Wunder (Foto: Von Je-str - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, 2. Elbebrücke Loschwitz-Blasewitz ( Blaues Wunder ) Dresden (Baujahr 1893) Die 1893 eingeweihte, 280 m lange Brückenkonstruktion über die Elbe verbindet die beiden Dresdner Stadtteile Loschwitz und Blasewitz (vgl. Bild 3). Entgegen der landläufigen Meinung war der Farbton bereits bei der Einweihung blau. Berichte wonach der ursprüngliche Farbton Grün gewesen sei, sind seit geraumer Zeit widerlegt [2]. Die letzte Sanierungsmaßnahme wurde im Jahr 2005 durchgeführt [3]. Aufgrund der extrem schwierigen konstruktiven Voraussetzungen wurde das Institut für Stahlbau Leipzig (ISL) mit der Entwurfsplanung und der Bauüberwachung beauftragt. Beispiele für die historische Bauart sind in den Bildern 4 und 5 gezeigt. An dieser Stelle wird sehr deutlich, wie wichtig die Beachtung der Grundregeln zur korrosionsschutzgerechten Gestaltung von Stahlbauten für die langjährige Nutzung und die kostengünstige Sanierung der Bauwerke ist. Diese Grundregeln sind in der DIN EN ISO und in der Stahlbau Arbeitshilfe 1.1 [4] festgelegt. In Abhängigkeit der Aufgabenstellung, den Möglichkeiten zur Oberflächenvorbereitung und der Applikationsmöglichkeiten wurden unterschiedliche Beschichtungssysteme zur Sanierung angewandt: Kästen mit langandauernder Wasserbelastung wurden mit Beschichtungsstoffen nach Blatt 81 in entsprechender Schichtdicke appliziert. Bild 5. Hohlkasten mit Schmutzansammlungen und ungenügender Entwässerung. (Foto: ISL, Leipzig, 2005) Bereiche mit festhaftender Altbeschichtung wurden mit einer geeigneten High-Solid Grundbeschichtung auf der Basis von 2K- Epoxid beschichtet. Aufgrund der hervorragenden Farbstabilität und der breiten Verträglichkeit mit vielen Altbeschichtungen wurde eine Hydro- Deckbeschichtung auf der Basis von Reinacrylat-Dispersion ausgewählt. Der Farbton wurde im RAL-Design-System vor Ort durch den Auftraggeber festgelegt. Bild 4. Unzugängliche Bereiche und Spalte in der Konstruktion. (Foto: ISL, Leipzig, 2005) Bild 6. Stahlkonstruktion des Blauen Wunders während der Sanierungsarbeiten. Deutlich zu sehen sind die zusätzlichen Maßnahmen zur Spaltabdichtung. (Foto: ISL, Leipzig, 2005) 4 Stahlbau 86 (2017), Heft 2 (Sonderdruck ungekürzte Fassung)

5 Stahl- und Verbundbrückenbau Bild 7. Kaiser-Wilhelm-Brücke während der Sanierung. Bild 9. Korrosion an nicht abgedichteten Spalten eines modernen Objektes (Baujahr 1996) nach nur 18 Jahren Standzeit. 3. Kaiser-Wilhelm-Brücke, Wilhelmshaven (Baujahr 1907) Die Kaiser-Wilhelm-Brücke in Wilhelmshaven ist die größte deutsche Drehbrücke mit einer Spannweite von 159 m. Sie verbindet die Südstadt von Wilhelmshaven mit dem Südstrand und überspannt den Ems-Jade-Kanal bzw. Teile des Hafens. Als zweiflügelige Straßendrehbrücke ausgeführt ist sie damals wie heute ein technisches Meisterwerk. Um die Arbeiten auf der Baustelle so lange wie möglich durchführen zu können, wurden bei der letzten Sanierung in den Jahren 2011 bis 2013 Rapid-Beschichtungsstoffe nach Blatt 97 eingesetzt. Durch das Applikationsfenster bis 3 C und die deutlich schnellere Trocknung konnte wesentlich effizienter gearbeitet werden. Durch die Nietkonstruktion ergeben sich bei historischen Stahlobjekten an vielen Stellen Spalten und Fugen mit erhöhter Korrosionsanfälligkeit. Die dauerelastische Abdichtung der Spalte war in der Bauzeit nicht Stand der Technik. Häufig findet man an diesen Stellen fortgeschrittene Korrosion. Die Oberflächenvorbereitung ist an diesen Stellen schwierig und in der Regel nicht vollständig möglich, dennoch ist es notwendig diese Spalte und Fugen dauerelastisch abzudichten, damit ein weiterer Zutritt von Wasser vermieden werden kann. Leider findet man auch an deutlich jüngeren Objekten (vgl. Bild 9) immer wieder unzureichend abgedichtete Spalten. Die Einhaltung der in der DIN EN ISO und Stahlbau-Arbeitshilfe 1.1 [4] beschriebenen konstruktiven Grundsätze ist wegen der sehr langen Nutzungsdauern von mindestens 100 Jahren zwingend notwendig. 4. Honsell-Brücke, Frankfurt (Baujahr 1912) Die Honsellbrücke in Frankfurt/Main überbrückt mit 93 m Spannweite den Zugang zum Osthafen. Am 1912 eröffneten Bauwerk sind zeitgemäße Jugendstil-Elemente zu finden (vgl. Bild 9). In den Jahren 2012 und 2013 wurde die denkmalgeschützte Brücke umfassend saniert und stahlbautechnisch verstärkt. Die vorliegende Altbeschichtung auf der Basis von PVC-Copolymeren war weitgehend intakt und wurde im Vorfeld anhand von Probeflächen als tragfähiger Untergrund beurteilt. Für die Teilerneuerung wurden wieder Beschichtungsstoffe auf der Basis von PVC- Copolymeren verwendet. Alle neuen Stahlbauteile wurden mit einem Beschichtungssystem nach Blatt 87 beschichtet. Bild 10. Jugendstil-Ornamentik am Geländer der Honsellbrücke Frankfurt. Bild 8. Typische Korrosion in Spalten von genieteten Blechstapeln an der Kaiser- Wilhelm-Brücke, Wilhelmshaven. Die dauerelastische Abdichtung dieser Spalte ist notwendig. Bild 11. Honsell-Brücke Frankfurt/Main Bogen nach Abschluss der Verstärkungsmaßnahmen. Stahlbau 86 (2017), Heft 2 (Sonderdruck ungekürzte Fassung) 5

6 Stahl- und Verbundbrückenbau Bild 12. Frisch sanierte Gießhalle der Sayner Hütte in Bendorf. (Foto: Thomas Naethe) Bild 14. Raumfachwerk der Dachkonstruktion der Befreiungshalle Kelheim Der Denkmalschutz spielte sowohl bei dem Erhalt der Geländerkonstruktion als auch bei der Verstärkung der Bögen (vgl. Bild 11) eine entscheidende Rolle. Der Gesamteindruck der Brücke wurde modernisiert unter Beibehaltung der Jugendstilelemente. 5. Gießhalle der Sayner Hütte (Baujahr 1828) Das aus Grauguß bestehende Tragwerk der Gießhalle der Sayner Hütte (vgl. Bild 10) in Bendorf wurde 2012 bis 2014 umfassend saniert. Insbesondere bei der Farbtonauswahl wurde seitens des Denkmalschutzes großer Wert darauf gelegt, den ursprünglichen Rostfarbton nicht zu verändern. Hierzu hat ein Restaurator selbst vor Ort den Farbton ausgemischt. Nach seinen Mustern wurde dann der Beschichtungsstoff hergestellt. Zur Sanierung der gusseisernen Stützen und Streben wurde eine restrostverträgliche Grundbeschichtung auf der Basis von 2K- Epoxid mit einer entsprechenden 2K-Polyurethan-Deckbeschichtung eingesetzt. 6. Befreiungshalle Kelheim (Baujahr 1863) Die Befreiungshalle Kelheim wurde als Andenken an die Siege in den Befreiungskriegen gegen Napoleon vom bayrischen König Ludwig I. in Auftrag gegeben. 1863, am 50. Jahrestag der Völkerschlacht zu Leipzig, wurde sie feierlich eröffnet. Zur korrosionschutztechnischen Sanierung wurde die Stahlkonstruktion des Opaions (vgl. Bild 13) mit einem Kran komplett abgenommen und am Boden in einer Einhausung bearbeitet. Nach der Oberflächenvorbereitung durch Strahlen wurde ein Beschichtungssystem nach Blatt 93 aufgebracht. Die in Bild 14 dargestellten Raumfachwerke der Dachkonstruktion wurden nach einer Handentrostung ebenso mit Stoffen nach Blatt 93 beschichtet. 7. Fazit Generell ist bei der Sanierung von historischen Objekten mit einem höheren Aufwand aufgrund der Konstruktion, den eingesetzten Werkstoffen und der immer wieder überraschend auftretenden neuen Aufgabenstellungen zu rechnen. Viele historische Stahlbauobjekte sind zu Wahrzeichen geworden, die aus den Landschaftsbildern oder Stadtsilouetten nicht mehr wegzudenken sind. Sie sind als Zeitzeugen der Ingenieurskunst auch nach über 100 Jahren Nutzung funktionell. Der Erhalt dieser Objekte ist trotz des höheren Aufwandes wichtig und richtig. Noch wichtiger ist es, dass die Erfahrungen mit diesen Objekten in den Neubau einfließen. Vermeidung von Hohlkästen, Entwässerung und viele andere konstruktive Details, die eine Sanierung von heute noch jungen Objekten in vielen Jahren einfacher machen. Korrosionsschutz beginnt eben bereits in der Planungsphase! Einen Einblick in die spannende Welt des Korrosionsschutzes mit Beschichtungsstoffen und deren vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten bietet die Seite Neben eindrucksvollen Anwendungsbeispielen dieser extrem flexiblen und dauerhaften Technologie werden dort auch Grundlagen von der Bindemittelchemie bis zur Auswahl von Beschichtungssystemen dargestellt. Literatur [1] Gelhaar, A.; Schneider, A.; Stahlbau 80 (2011) Heft 6, S [2] Blasewitzer ZeitungAusgabe März/April 2002, Nr. 17, S. 2 [3] Gelhaar, A.; Hirche, J.; Stahlbau 75 (2006) Heft 5, S [4] Stahlbau Arbeitshilfe 1.1, bauforumstahl e.v., Düsseldorf Autor Dr. Frank Bayer Bild 13. Die Stahlkonstruktion des Oberlichts der Kuppel (Opaion). Nach der Promotion am Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke e.v. seit über 20 Jahren in der Lackindustrie als Labor- oder Entwicklungsleiter tätig Seit 2006 Entwicklungsleiter bei der GEHOLIT+WIEMER Lack- und Kunststoffchemie GmbH in Graben-Neudorf Mitglied in nationalen und internationalen Normungs- und Verbandsgremien 6 Stahlbau 86 (2017), Heft 2 (Sonderdruck ungekürzte Fassung)

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8 DEUTSCHLAND GEHOLIT+WIEMER Lack- und Kunststoff-Chemie GmbH D Graben-Neudorf / Zentrale Sofienstraße 36 Tel.: Fax: D Duisburg Obere Kaiserswerther Straße Tel.: Fax: D Nossen Gewerbestraße 8 Tel.: Fax: info@geholit-wiemer.de FRANKREICH GEHOLIT S.a.r.l. F Seltz Route de Munchhausen Tel.: Fax: info@geholit.com POLEN GEHOLIT Polska Sp.zo.o PL Chrzanów ul. Kroczymiech 38 Tel.: Fax: biuro@geholitpolska.pl