Erweiterte Zustandserfassung bei der Sanierung von Schächten und Bauwerken der Kanalisation

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1 2. Deutscher Kanalbewirtschaftungstag Erweiterte Zustandserfassung bei der Sanierung von Schächten und Bauwerken der Kanalisation Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karsten Körkemeyer, TU Kaiserslautern 1. Zustandserfassung und -bewertung Zustandserfassung gemäß DWA-A 149-3: Maßnahmen zur Feststellung und beurteilung des baulichen, betrieblichen, hydraulischen und umweltrelevanten Istzustandes von Entwässerungssystemen (Anm.: Kanäle/Leitungen, Schächte, Bauwerke, Anschlussleitungen u.a.) )als Voraussetzung für: Zustandsklassifizierung gemäß DWA-A 149-3: Zustandsklassifizierung ist die Einstufung der Ergebnisse der Inspektion durch Vergleich mit den Anforderungen. Zustandsbewertung gemäß DWA-A 149-3: Zustandsbewertung ist die Verknüpfung der Ergebnisse der Zustandsklassifizierung mit maßgeblichen Einflußfaktoren. 1

2 1. Zustandserfassung und -bewertung Typische Schadensbilder 1. Zustandserfassung und bewertung Altschachtzustände (nach RSV Merkblatt 6.2) Altschachtzustand 0: Sanierung nur erforderlich, wenn neue Belastungen (Standsicherheit bzw. Betrieb) erwartet werden. Altschachtzustand I: Altschacht allein tragfähig (z. B. Undichtigkeiten in Schachtverbindung, Wandung; keine Risse, ausgenommen Haarrisse). Altschachtzustand II: Altschacht-Bodensystem allein tragfähig (z. B. vertikale Längsrisse mit geringer Schachtverformung bei überprüfter funktionsfähiger seitlicher Bettung; bestätigt durch Langzeitbeobachtung bzw. Rammsondierung). 2

3 1. Zustandserfassung und bewertung Altschachtzustände (nach RSV Merkblatt 6.2) Altschachtzustand III: Altschacht-Bodensystem langzeitig allein nicht mehr tragfähig (z. B. deutliche Verformungen, horizontale Risse bzw. Abplatzungen in den Schachtfugen). Altschachtzustand III a: Standsicherheit des Altschachtes nicht mehr gegeben (z. B. große Fehlstellen, geringe oder keine Altwanddicke). Begehung aufgrund der UVV nicht möglich. 1. Zustandserfassung und bewertung Altschachtzustände (nach RSV Merkblatt 6.2) Aus der statischen Betrachtung des Altschachtes und der Schachtsanierung ergeben sich folgende Bereiche: Schachtkopf, der ggf. direkt durch Verkehrslasten belastet wird Schachtkörper, der durch Verkehrslasten und zusätzlich durch Erdlasten sowie Grund-/Sickerwasser und Verankerungen der Einbauten belastet wird Schachtunterteil(überwiegend hydraulisch beeinflusst) - vertikale Komponenten des Schachtunterteils -horizontale Komponenten (Schachtboden, Auftritt, Gerinne). 3

4 2. Erweiterte Zustandserfassung und bewertung (nach RSV Merkblatt 6.2) Bei unzureichender Standsicherheit des (Alt-)Schachtes (und/oder gravierenden für Betrieb und Umwelt relevanten Schäden): 1. Untersuchung der Bausubstanz der Oberflächenzugfestigkeit an der Betonoberfläche bzw. Mauerwerksoberfläche (Prüfverfahren nach DIN ). der Druckfestigkeit (z.b. Betonprüfhammer). Materialgüte (z. B. Schwefelgehalt, Chloridgehalt, Carbonatisierungstiefe, Bewehrungskorrosion) (In Ausnahmen: Restwanddicken (z. B. durch Kernbohrung)) 2. Ermittlung der Randbedingungen Erdlasten (einschließlich anstehender Baugrund) Verkehrslasten Grundwasserstände vorhandene Bebauung in Schachtnähe D 3. Anforderungen an den Untergrund Allgemeines Wichtig: Der Untergrund (Betonrandzone, Mauerwerk) muss alle auftretenden Spannungen und Kräfte der aufzubringenden Beschichtung und Auskleidung aufnehmen können. Voraussetzungen: keine Absandungen keine Durchfeuchtungen/ Nässe/ Wassereintritt keine erhärtete Zementschlämme keine Fehlstellen, z.b. Kiesnester keine Poren direkt unter der Oberfläche keine Ausblühungen kein Bewuchs keine Fremdstoffe D 4

5 3. Anforderungen an den Untergrund Beispiele für verbundmindernde Fehlstellen und Anhaftungen Quelle: MC Bauchemie 4. Anforderungen an den Untergrund Injektion Injektion als vorbereitenden Maßnahme und/oder Element der Sanierungsmaßnahme gemäß RSV Merkblatt 6.2: Definition nach DIN 4093: Einbringen von Injektionsmitteln in Risse und Hohlräume unter Druck über Einfüllstutzen Abdichtung örtlich begrenzter Undichtigkeiten zur Vermeidung von In- und Exfiltration. Wiederherstellung der statischen Tragfähigkeit Häufig als Vorinjektion zur Verhinderung von Wassereintritt erforderlich 5

6 Messgrößen und Grenzwerte Folgende Eigenschaften der Oberfläche und des Untergrundes müssen geprüft werden: Druckfestigkeit Oberflächenzugfestigkeit Rauheit Feuchtegehalt(je nach weiterer Anwendung) Dichtheit Darüber hinaus keine groben Fehlstellen Der erste Eindruck des Betons zählt: Man kann mit einfachsten Mitteln wie z.b. Kratzenmit einem Taschenmesser zur Einschätzung der Festigkeit, Abklopfenmit einem Hammer zur Lokalisierung von Hohlstellen und Kiesnester, Reibenmit der Hand an der Oberfläche zur Feststellung von Absandungenals Anzeichen für lösende/treibende Korrosion erste Rückschlüsse auf die Beschaffenheit ziehen. 6

7 Prüfverfahren mit erhöhtem Aufwand, Sulfatgehalt Quelle: RSV Arbeitskreis Schachtsanierung, Entwurf Sanierung von Schachtbauwerken mit mineralischen Mörteln der Oberflächenzugfestigkeit nach DIN Oberfläche sollte frei von Verunreinigungen sein Prüffläche mit Bohrkrone (Innendurchmesser 50mm) in eine Tiefe von 10mm anbohren Prüfstempel von 50mm Durchmesser auf die vorgebohrte Oberfläche kleben Herausziehen mit Haftzugprüfgerät mit definierter Kraftsteigerung Zugfestigkeitβ OZ mitbruchlastf β oz = 0,51F 1000 [ N/ mm² ] 7

8 Oberflächenzugfestigkeit Da Ergebnisse streuen, je angefangene 200m² Prüffläche mindestens drei Einzelprüfungen(Handbuch Betonprüfung) durchführen. Hinweis: Bei gleichartigen Rahmenbedingungen (gleiches Schacht-/Bauwerkalter, gleiche Konstruktion und Betriebsbedingungen) können mehrere Bauwerke/ Schächte zu einem Gesamtbauwerk zusammengefasst werden. Oberflächenzugfestigkeit Von einer ausreichenden Oberflächenzugfestigkeit kann ausgegangen werden, wenn gemäß RSV Merkblatt 6.2 folgende Mindestwerte erzielt werden: Werkstoff Kleinster Einzelwert [N/mm²] Mittelwert [N/mm²] Beton 1,0 ( 1,5 gem.ztv SIB) Mauerwerk 0,5 0,3 8

9 der Oberflächenzugfestigkeit Sollte Bruch in Klebefuge erfolgen, ist die Betonfestigkeit größer als die des Klebers, evtl. höherwertigen Kleber verwenden. Prüfgerät muss zentriert sitzen, um Einflüsse aus Schub zu vermeiden. Anweisungen in RSV Merkblatt 6.2, DWA-Merkblättern, ZTV- ING, DAfStb Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen beachten der Oberflächenzugfestigkeit Quelle: 9

10 der Wasseraufnahme mit Wassereindringprüfer nach Karsten, Bestimmung Saugfähigkeit des Betons Füllrohrmit ml-skala wird mit Wasser gefüllt In regelmäßigen Abständen das Absinken des Spiegels dokumentieren Nur qualitative relative Aussage Quelle: Biogene Schwefelsäure-Korrosion Ermittlung der Tiefenschädigung durch Probeentnahme und Dünnschliffuntersuchung als Sonderverfahren Quelle: MBF, Berlin 10

11 der Rauheit gemäß DIN EN 1766 der Rauheit einer horizontalen Fläche mit Sandflächenverfahren nach Kaufmann Verteilung einer definierte Normsandmenge auf der Oberfläche Ermittlung der Rauheit mit Hilfe des Durchmessers des entstanden Kreises und des Sandvolumens anhand folgender Formel: der Rauheit(insbesondere nach der Untergrundvorbehandlung) rau: verzahnt: Rt 0,9 mm Rt 2,4 mm Quelle: 11

12 der Rauheit An senkrechten Flächen Zementleimverfahren Ähnlich dem Sandflächenverfahren, Masse aus 70-M.% Zement und 30-M.% Wasser als Füllmittel Haftet an senkrechten Flächen Um Wasserentzug zu vermeiden, sollte die Oberfläche vorher angenässt werden Nach der sollte direkte Reinigung der Prüffläche erfolgen, um Beeinträchtigungen der späteren Beschichtung zu vermeiden Zukünftig Messungen durch Abtastung mit 3D-Laser möglich, Verfahren aktuell aber noch nicht genormt der Druckfestigkeit Zerstörungsfreie mit Hilfe des Rückprallhammers nach Schmidt an sauberen Oberflächen(DIN EN von Beton in Bauwerken) Hammer prallt je nach Elastizität des Beton zurück Festigkeit aus Rückprallstrecke Starke Streuung der Ergebnisse Versuch mehrfach durchführen(neun Versuche je Messstelle) Statistische Auswertung (Mittelwert, Median, Standardabweichung) 12

13 (Zerstörungsfreie) der Druckfestigkeit Quelle: des Feuchtegehalts Einfüllen von frischen, kleingemahlenen Bruchstücken gemeinsam mit Calciumcarbid und Stahlkugeln in CM-Gerät Zerstörung der Calciumcarbidkugeln durch Schütteln und Reaktion des Stoffs mit der Feuchtigkeit Durch aufgebauten Druck kann auf Feuchtegehalt geschlossen werden Alternativ Messung mit zwei Stiftelektroden die in die Oberfläche gedrückt werden möglich Verfahren ungenauer als CM-Methode Feuchtegehalt abhängig von Werkstoff (Hersteller-angaben beachten); bei zementbasierten Systemen unkritisch 13

14 des Feuchtegehalts Quelle: Quelle: der Betondeckung Einhaltung der Mindestbetondeckungist wesentliche Voraussetzung für die Funktionssicherheit und Dauerhaftigkeit: Eintragen der Verbundspannungen Stahl-Beton Korrosionsschutz der Bewehrung Feuerwiderstand Daher werden in der DIN 1045 die Werte der Mindestbetondeckung in Abhängigkeit der Umweltbedingungen und der Stabdurchmesser definiert. 14

15 Betondeckung Mindestbetondeckung und Vorhaltemaß nach DIN 1045 der Betondeckung Verwendung von Bewehrungssuchgeräten, um Schäden durch Aufstemmen zu vermeiden Je nach Gerät Messung von Lage, Betonüberdeckung und Stabdurchmesser möglich Quelle: 15

16 Karbonatisierungstiefe alkalische Passivschicht des Beton schützt den Stahl durch eindringendes CO 2 wird Calciumhydroxid Ca(OH) 2 zu Calciumcarbonat CaCO umgewandelt und der ph-wert sinkt bei ausreichend vorhandenem Sauerstoff sowie Wasser oxidiert der Stahl Volumenvergrößerung um das 2 bis 4-fache BetonkanndemDrucknichtstandhaltenundplatztab der Karbonatisierungstiefe Um die Karbonatisierungstiefe festzustellen, überprüft man den ph-wert des Betons Herstellen einer frischen Bruchfläche und Einsprühen mit Indikatorflüssigkeit(z.B. Phenolphtalein) Indikator färbt sich im nicht-karbonatisierten Bereich 16

17 des Sulfat- und Chloridgehalts (im Labor) Probenentnahme: Untersuchung des Bohrmehls auf Sulfatgehalt, um Treiberscheinungen an zementgebundenen Systemen auszuschließen: H 2 S 1,0M.-%(gem.DWA-M211) Untersuchung des Bohrmehls auf Chloridgehalt, um Bewehrungskorrosion auszuschließen: Cl - -Gehalt 0,4M.-%bezogenaufden Zementgehalt (gem. DIN ) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen: 17