bei der Instandsetzung von Trinkwasserbehältern

Transkript

1 Vortrag Landesgütegemeinschaft für Bauwerks- und Betonerhaltung Rheinland-Pfalz / Saarland e.v. in Kaiserslautern am Vorteile mineralischer Systeme bei der Instandsetzung von Trinkwasserbehältern Wolfgang Meyer

2 Trinkwasser Grundsätzliches Trinkwasser - das wichtigste Lebensmittel - muss bei der Aufbereitung, dem Transport und bei der Lagerung vor Verunreinigungen geschützt werden. Um die Wasserqualität zu erhalten, sind gesundheitlich unbedenkliche Baustoffe für die mit Trinkwasser benetzten Flächen einzusetzen.

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11 Allgemein gültige Meinung zum Baustoff Beton und zur Dauerhaftigkeit Insofern Beton normgerecht (EN 206) hergestellt, eingebaut, verdichtet und nachbehandelt worden ist, ist Beton als dichter und langlebiger Baustoff zu bezeichnen!!

12 Beton ist ein poröser Werkstoff!

13 Die Porosität ist somit ein wesentlicher Kennwert für die Dauerhaftigkeit eines zementgebundenen Baustoffes.

14 Je nachdem, wie dicht der Werkstoff Beton ist, können Transportvorgänge die Qualität und somit die Dichtigkeit entscheidend verändern!!

15 Transportvorgänge im Beton Was darf man sich darunter vorstellen? 1. Praktisch alle wesentlichen Zerstörungsvorgänge im oder am Beton haben mit Transportvorgängen zu tun. Dabei spielt der Transport von Wasser eine entscheidende Rolle. 2. Wasser ist aber nicht nur Transportmedium für schädliche Substanzen, es ist auch Reaktionspartner bei praktisch allen schädigenden Prozessen. 3. Das hat zur Konsequenz, dass fast alle Schadensprozesse verhindert werden könnten, wenn es gelänge, Wasser vom Beton fernzuhalten.

16 Beton ist im Trinkwasserbereich zwei grundlegenden Schadensmechanismen ausgesetzt!! 1. Auslaugung des Zementsteingefüges durch weiches Wasser 2. Auslaugung des Zementsteingefüges durch hartes Wasser

17 Auslaugung des Zementsteingefüges bei weichem Wasser 1. Zementgebundene Werkstoffe sind Kompositwerkstoffe, als Bindemittel fungiert Zementstein. Dieser besteht aus Calciumsilikathydrat (CSH) und Calciumhydroxid (Ca(OH) 2 ), ist porös und enthält eine hochalkalische Porenlösung.

18 Auslaugung des Zementsteingefüges bei weichem Wasser 2. Kommt der Zementstein in Kontakt mit Trinkwasser, das sich in der chemischen Zusammensetzung von der Porenlösung unterscheidet, werden aufgrund des Konzentrationsgefälles Transportprozesse (Transport von Calcium (Ca 2+ ) ) initiiert.

19 Auslaugung des Zementsteingefüges bei weichem Wasser 2. Kommt der Zementstein in Kontakt mit Trinkwasser, das sich in der chemischen Zusammensetzung von der Porenlösung unterscheidet, werden aufgrund des Konzentrationsgefälles Transportprozesse (Transport von Calcium (Ca 2+ ) ) initiiert. 3. Dadurch wird das Gleichgewicht zwischen den Festphasen des Zementsteins und der Porenlösung gestört. Der Zementstein reagiert zum Ausgleich des Gleichgewichts mit Lösungs- bzw. Kristallisationsreaktionen. Wenn sämtlicher Calciumanteil aus dem Zementstein über diese Transportprozesse verbraucht ist, geht die Festigkeit verloren. Die Folge ist ein Aufweichen des Zementsteingefüges.

20 Auslaugung des Zementsteingefüges bei weichem Wasser

21 Auslaugung des Zementsteingefüges durch hartes Wasser.auch hydrolytische Korrosion genannt 1. Der Schadensmechanismus basiert auf einem lokalen Transport von Hydrogencarbonat-Ionen (HCO 3- ), die vor allem in hartem Wasser in höheren Konzentrationen vorhanden sind, in die Randzone des Betons. Dort findet dann eine Verschiebung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts statt, was die Ausfällung von Calciumcarbonat (CaCO 3 ) unter Verbrauch von Calciumhydroxid (Ca(OH) 2 ) zur Folge hat. 2. Dies führt zunächst zur vollständigen Umwandlung des im Zementstein vorhandenen Calciumhydroxids. Danach werden die festigkeitsbildenden Phasen des Zementsteins abgebaut, was mit dem vollständigen Verlust der Festigkeit verbunden ist.

22 Auslaugung des Zementsteingefüges durch hartes Wasser.auch hydrolytische Korrosion genannt OH- Ca 2+ Na + HCO 3 - CO 3 2- CaCO 3 Zementstein Wasser

23 Stoffraum Porenraum Restklinker Calcium- Zementstein Kapillarporen Luft- und hydroxid (-gel) Verdichtungsporen Ca(OH) 2 75 % CSH-Pasen (=Träger der Festigkeit) + 25 % Gelporen Grenzfläche der Hydrolyse und lösende Angriffe

24 Wozu diese Schadensmechanismen führen können, zeigen die folgenden Bilder!!

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30 Was ist die Konsequenz? Dass eine Instandsetzung unumgänglich ist!!

31 Baustoffe / Verfahren für die Instandsetzung von Trinkwasserbehältern Beton Putze und Beschichtungen Auskleidungen Fliesen Folien PE-Platten Edelstahl

32 Baustoffe / Verfahren für die Instandsetzung von Trinkwasserbehältern Beton Putze und Beschichtungen Auskleidungen Fliesen Folien PE-Platten Edelstahl

33 Baustoffe / Verfahren für die Instandsetzung von Trinkwasserbehälter Beton Putze und Beschichtungen Auskleidungen

34 Putze und Beschichtungen für die Instandsetzung von Trinkwasserbehälter 1. Zementputz 2. Zementgebundene Beschichtungen 3. Kunststoffmodifizierte Beschichtungen (PCC) 4. Kunststoffbeschichtungen 5. Estrich

35 Putze und Beschichtungen Eignungskriterien Physiologische Unbedenklichkeit Mikrobiologische Unbedenklichkeit Eignungsnachweis des Baustoffs

36 Eignungskriterien für zementgebundene Baustoffe DVGW Arbeitsblatt W 347 DVGW Arbeitsblatt W 270 Grundprüfung gemäß W 300 Anhang A 10

37 Eignungskriterien - festgelegte Anforderungen für zementgebundene Baustoffe 1. Wasser-Zement-Wert 0,50 2. Frischmörtelluftporengehalt 5 Vol. % 3. Gesamtporenvolumen P 28d 12 Vol. % 4. Gesamtporenvolumen P 90d 10 Vol. % 5. Schichtdickenklasse Größtkorn 1 mm SD: 10 ± 5 mm 6. Schichtdickenklasse Größtkorn 2-4 mm SD: 15 ± 5 mm

38 Festgelegte Anforderungen für zementgebundene Baustoffe Wasser-Zement-Wert 0,5 Das bedeutet, dass 0,25 für die chemische Hydratation verbraucht und 0,15 physikalisch eingebunden werden. Das darüber hinaus vorhandene Wasser wird nicht verbraucht und hinterlässt nach dem Verdunsten Kapillarporen

39 Wasser-Zement-Wert Einfluss auf die Bildung von Kapillarporen

40 Eignungskriterien - festgelegte Anforderungen für zementgebundene Baustoffe in TW-Behältern Gesamtporenvolumen P 28d 12 Vol. % Gesamtporenvolumen P 90d 10 Vol. % Die Begrenzung des Gesamtporenvolumens ist bezogen auf die Auslaugungs-/ Hydrolysebeständigkeit von zementgebundenen Baustoffen das entscheidende Kriterium!

41 Welche Rolle kommen dabei den Porenarten und Porengrößen im Betongefüge zu? Man unterscheidet Poren nach ihrer geometrischen Gestalt und spricht z. B. von Sackporen, durchgängigen Poren, von Flaschenhalsporen, von geschlossenen Poren, von Verbindungsporen, von Luftporen und von Verdichtungsporen.

42 Welche Rolle kommen dabei den Porenarten und Porengrößen im Betongefüge zu? 1. Für die Wasseraufnahme ist die Geometrie der Poren daher von entscheidendem Einfluss. 2. Sackporen z.b. können nur bedingt mit Wasser gefüllt werden, da sich in den Poren ein Gegendruck aufbaut, der das weitere Eindringen von Wasser verhindert. 3. Geschlossene Poren sind grundsätzlich nur dem Wasserdampf zugänglich. 4. Durchgehende Poren (Kapillarporen) sind am Besten mit Wasser zu füllen und somit in erster Linie für Transportvorgänge verantwortlich.

43 Das Gesamtporenvolumen ist für die Dichtigkeit nur die halbe Wahrheit. Wichtig sind die Porengrößen und -arten!! Gelporen 10-9 m Kapillarporen 10-6 m Mikroporen 10-4 m Verdichtungsporen 10-2 m

44 Das Gesamtporenvolumen ist für die Dichtigkeit nur die halbe Wahrheit. Wichtig sind die Porengrößen und -arten!! Gelporen (10-9 m) 1 m 1 Schritt

45 Das Gesamtporenvolumen ist für die Dichtigkeit nur die halbe Wahrheit. Wichtig sind die Porengrößen und -arten!! Gelporen (10-9 m) 1 m 1 Schritt Kapillarporen (10-6 m) 1000 m 10 Min. Spaziergang

46 Das Gesamtporenvolumen ist für die Dichtigkeit nur die halbe Wahrheit. Wichtig sind die Porengrößen und -arten!! Gelporen (10-9 m) 1 m 1 Schritt Kapillarporen (10-6 m) 1000 m 10 Min. Spaziergang Mikroporen (10-4 m) 100 km 1 Std. Autofahrt

47 Das Gesamtporenvolumen ist für die Dichtigkeit nur die halbe Wahrheit. Wichtig sind die Porengrößen und -arten!! Gelporen (10-9 m) 1 m 1 Schritt Kapillarporen (10-6 m) 1000 m 10 Min. Spaziergang Mikroporen (10-4 m) 100 km 1 Std. Autofahrt Verdichtungsporen (10-2 m) km 10 Std. Flug

48 Welche Aufgaben sollen zementgebundene Beschichtungen in trinkwassertechnischen Anlagen erfüllen? Zementgebundene Beschichtungen sollen nicht die konstruktiven Aufgaben des Betons übernehmen, sondern den Beton vor den typischen Schadensmechanismen schützen!

49 und Welche technischen Eigenschaften, welche Leistungsmerkmale sollten zementgebundene Beschichtungen aus Sicht der Dauerhaftigkeit erfüllen?

50 Welche technischen Eigenschaften, welche Leistungsmerkmale sollten zementgebundene Beschichtungen aus Sicht der Dauerhaftigkeit erfüllen? 1. Gesamtporenvolumen so niedrig wie möglich 2. So wenig Kapillarporen wie möglich 3. Hoher Widerstand gegenüber Auslaugung 4. Hoher Widerstand gegenüber Sulfaten 5. Hoher Widerstand gegenüber Chloriden

51 MC-RIM PW Die neue Generation der Trinkwassermörtel

52 MC-RIM PW Die neue Generation der Trinkwassermörtel Gliederung des Vortrages: 1. Leistungsspektrum von MC-RIM PW 2. Technologie von MC-RIM PW 3. Prüfergebnisse zum Widerstand gegenüber Auslaugung

53 MC-RIM PW Was darf man sich darunter vorstellen? Fünf zementgebundene Produkte die perfekt auf die Anforderungen im Trinkwasserbereich abgestimmt sind!

54 Die fünf Produkte sind: MC-RIM PW-CP MC-RIM PW 20 MC-RIM PW 10 MC-RIM PW 30 MC-RIM PW-BC

55 Die fünf Produkte sind: MC-RIM PW-CP MC-RIM PW 20 MC-RIM PW 10 MC-RIM PW 30 MC-RIM PW-BC

56 P 28d 4,2 Vol. % MC-RIM PW 10 Leistungsmerkmal Gesamtporenvolumen

57 Gesamtporenvolumen von MC-RIM PW 10 im Alter von Gemessen mit der Quecksilberdruckporosimetrie in Vol.% d 21d 42d 128d 360d

58 MC-RIM PW 10 Bestimmung des Chloridmigrationskoeffizienten Ergebnisse:

59 MC-RIM PW 10 Diffusionswiderstand gegen Kohlendioxid B E T O N CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 MC-RIM PW 10 wirkt karbonatisierungsbremsend. Der Widerstand gegen Kohlendioxid beträgt 242 m. Die dabei gemessene Diffusionswiderstandszahl µco 2 beträgt Rechnerische Betondeckung: 16,7 cm

60 Fazit 1 : Leistungsmerkmale erfüllt? Wasser-Zement- Wert eq Frischmörtelluftporengehalt Anforderungen nach EN 1508/ DVGW W 300 0,5 5,0 Vol. % Gesamtporosität 12 Vol. % P 28d Gesamtporosität 10 Vol. % P 90d Sulfatbeständigkeit Keine Anforderung Werte von MC-RIM PW 10 Chloridmigrationskoeffizient Keine Anforderung

61 Fazit 1 : Leistungsmerkmale erfüllt oder übererfüllt? Wasser-Zement- Wert eq Frischmörtelluftporengehalt Anforderungen nach EN 1508/ DVGW A 300 Werte von MC-RIM PW 10 0,5 0,46 5,0 Vol. % 2,1 Vol. % Gesamtporosität 12 Vol. % 4,2 Vol. % P 28d Gesamtporosität 10 Vol. % 3,9 Vol. % P 90d Sulfatbeständigkeit Wittekindtverfahren Chloridmigrationskoeffizient Keine Anforderung (n. W. 0,5 mm/m) Keine Anforderung (EN 206 < 5x10-12 m 2 /s) 0,053 mm/m 1,75x10-12 m 2 /s

62 Über welche Technologie werden diese Ergebnisse erreicht? DySC -Technologie

63 Wofür steht DySC? Dynamic SynCrystallization Dynamische SammelKristallisation

64 Was bedeutet Dynamic SynCrystallization? Unter Verwendung verschiedener latent hydraulischer und puzzolanischer Komponenten entsteht ein Gefüge der dichtesten Kugelpackung. Die Bindemittelmatrix wird durch einen komplexen, korrespondierenden Prozess - der Dynamischen SynCrystallization ( DySC ) verdichtet und verfestigt.

65 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? 1. Zement

66 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? 1. Zement 2. w/z Wert

67 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? 1. Zement 2. w/z Wert 3. Dichteste Kugelpackung

68 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? 1. Zement 2. w/z Wert 3. Dichteste Kugelpackung 4. Zusatzstoffe

69 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? 1. Zement 2. w/z Wert 3. Dichteste Kugelpackung 4. Zusatzstoffe

70 Zement, Kapillarwasser, Wasserschichtdicke

71 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! 1. Gesteinsmehle

72 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! 1. Gesteinsmehle 2. Flugaschen

73 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! 1. Gesteinsmehle 2. Flugaschen 3. Hüttensande

74 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! 1. Gesteinsmehle 2. Flugaschen 3. Hüttensande 4. Silikastaub

75 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! 1. Gesteinsmehle 2. Flugaschen 3. Hüttensande 4. Silikastaub 5. Alumoschichtsilikat

76 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! Silikastaub Feinverteiltes, amorphes Siliciumdioxid, das als Nebenprodukt des Schmelzprozesses zur Herstellung von Siliciummetall oder Ferrosilicium- Legierungen gesammelt wird.

77 Wie sieht der technologische Ansatz genau aus? Optimierung im Mikro- und Nanobereich!! Alumoschichtsilikat Feinverteiltes, getempertes Schichtsilikat, das durch einen gezielten, thermischen Prozess aus ausgesuchten Mineralien gewonnen wird.

78 Reaktionsmechanismen Silikastaub Einlagerung des Silikastaubs zwischen den Zementpartikeln im freien Wasseranteil des Kapillarporenraums Alumoschichtsilikat Einlagerung des Schichtsilikats zwischen den Zementpartikeln im freien Wasseranteil des Kapillarporenraums

79 Reaktionsmechanismen Silikastaub Auflösen der Silika-Partikel Bildung eines Porengels Alumoschichtsilikat Anlösen der Oberfläche vom Alumoschichtsilikat Porenlösung bleibt erhalten

80 Verhalten in der Porenwasserlösung Silikastaub Alumoschichtsilikat

81 Reaktionsmechanismen Silikastaub Bildung erster Kristalle auf der Zementoberfläche Alumoschichtsilikat Bildung erster Kristalle auf der Silikatoberfläche

83 Reaktionsmechanismen Silikastaub Wachstum der Kristalle Schwinden des Porengels Auftreten von Mikrorissen Alumoschichtsilikat Wachstum der Kristalle Porenlösung vorhanden Deutliche Reduzierung der Mikrorisse

85 Das Fazit... Das Konzept der Dynamic SynCrystallization führt zu dichten Baustoffen hoher Beständigkeit, die sich durch eine hohe Hydrolysebeständigkeit und ein geringes Eluationsverhalten auszeichnen.

86 MC-RIM PW im Trinkwasserreservoir Anwendungsbereiche MC-RIM PW 10 MC-RIM PW 20 MC-RIM PW 30

87 Fazit : 1. Alle für den Schutz von Trinkwasserbauwerken erforderlichen Leistungskriterien werden mehr als übererfüllt!! 2. Aufgrund der exzellenten technischen Eigenschaften und dem Nachweis zum Hydrolyseverhalten ist damit zu rechnen, dass sich über MC-RIM PW die Lebenszykluskosten reduzieren lassen!!

88 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit