mini|Betonabplatzung infolge Bewehrungskorrosion an einem Betonbauteil. Gut erkennbar ist die freiliegende Bewehrung. Betoninstandsetzung ist immer dann erforderlich, wenn Bauteile oder Bauwerke aus Beton und Stahlbeton aufgrund ihrer Herstellung, Nutzung oder Exposition gegenüber betonschädigenden Medien in ihrer visuellen Erscheinung oder Funktion beeinträchtigt sind. Die Betoninstandsetzung beschreibt Technologien zur Wiederherstellung bzw. Verlängerung der Dauerhaftigkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton. Die Besonderheiten der Betoninstandsetzung stellen im Regelfall höhere Anforderungen an das Fachwissen und die speziellen Materialkenntnisse der Planenden und Ausführenden als vergleichbare Tätigkeiten im Neubau. Die werterhaltenden Maßnahmen führt der spezialisierte Betoninstandsetzer aus.
Grundlagen Beton ist ein chemisch instabiler Baustoff. Verschiedene innere und äußere Einflüsse können die Beständigkeit von Beton nachhaltig beeinflussen. Durch die typische Anwendung von Beton im Verbund mit Bewehrung aus Stahl ergeben sich weitere die Dauerhaftigkeit von Beton beeinflussende Faktoren. Aufgrund der Vielfalt der Schadensursachen und Schadensbilder an Stahlbetonkonstruktionen gibt es differenzierte Instandsetzungsprinzipien. Diese sind für Deutschland in der Technischen Regel „Instandhaltung von Betonbauwerken“ des DIBt beschrieben, die Teile der Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungs-Richtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (kurz DAfStb) ersetzt. Seit 2006 wird die Betoninstandsetzung auf europäischer Ebene durch die Europäische Norm EN 1504 (in Deutschland DIN EN 1504) Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken geregelt.
Die Grundprinzipien lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Schutz der Bewehrungsoberfläche vor Korrosion durch Beschichtung der Bewehrung elektrochemischen Korrosionsschutz
2. Wiederherstellung der Betonoberfläche durch Verschluss von Rissen Reprofilierung von Fehlstellen
3. Schutz der Betonoberfläche vor dem Eindringen korrosiver Medien durch Erhöhung der Betonüberdeckung der Bewehrung Auftrag von Oberflächenschutzsystemen
Voraussetzung für eine erfolgreiche Betoninstandsetzung ist das Wissen um die konkrete Schädigungsursache und die Ableitung der richtigen Instandsetzungsmaßnahmen. Eine Instandsetzung ist dann erfolgreich, wenn der Ist-Zustand der Konstruktion dem Soll-Zustand möglichst nahekommt. Der Soll-Zustand von Stahlbetonkonstruktionen wird u. a. anhand der Expositionsklassen nach DIN 1045 bestimmt. Aus der Gegenüberstellung des festgelegten Soll-Zustandes der Konstruktion und des im Rahmen der Zustandsanalyse festgestellten Ist-Zustandes kann die Notwendigkeit einer Instandsetzung abgeleitet werden. Im Rahmen der Instandsetzungskonzeption werden aus den vorgefundenen Zuständen und Expositionen schadens- und bauteilbezogene Instandsetzungsvarianten abgeleitet. Aus diesen Varianten werden die unter Wirtschaftlichkeits- und Nutzungsaspekten günstigsten Instandsetzungsschritte ausgewählt.
Die baustoffliche Betoninstandsetzung kann nur unter der Voraussetzung einer positiven tragwerksplanerischen Bewertung der Konstruktion bzw. der durchzuführenden Verstärkungs- und Instandsetzungsmaßnahmen erfolgen.
Schadensanalyse Bevor man Schäden an einem Betonbauteil instand setzt, ist die Ursache der aufgetretenen Schäden festzustellen. Die genaue Klärung ist die Voraussetzung für eine dauerhafte Wiederherstellung der zur Zweckerfüllung der Konstruktion erforderlichen Eigenschaften. Ohne Klärung und Abstellung der Schadensursache, wird das gleiche Schadensbild über kurz oder lang wieder auftreten. Instandsetzungsmaßnahmen an Betonbauwerken, welche nur auf architektonische oder nutzungstechnische Erfordernisse ausgerichtet sind, also nur auf die Wiederherstellung des ursprünglichen Zustandes zielen, ohne die Ursachen des Schadens dauerhaft zu beseitigen, sind Flickwerk auf Zeit und meist Fehlinvestitionen.
Stahlbetonkonstruktionen sind Verbundbauteile, deren Standsicherheit und Dauerhaftigkeit nur durch das Zusammenwirken von Stahl und Beton gemäß den Regeln des Stahlbetonbaus sichergestellt ist. Treten Schäden an solch einer Konstruktion auf, dann ist oft die Frage zu klären, in welchem Maße das Verbundverhalten und damit die der Bemessung zugrunde gelegte Verteilung der Kräfte und Spannungen im Bauteil noch gegeben sind. Schäden an Stahlbetonbauwerken sind häufig nicht durch zufällige Ausführungsmängel verursacht, sondern die ersten Zeichen für im Bauwerk vorhandene konstruktive, Betontechnische oder Baustofftechnische Mängel. Nicht nur, dass ein Schaden mit Sicherheit wieder auftreten wird, wenn man ihn bloß mit irgendwelchen Maßnahmen überdeckt, es besteht auch die Gefahr, dass leichtere Schäden, die ja oft nur das erste Anzeichen für vorhandene Konstruktionsmängel sind, so verdeckt werden, dass ernstere Mängel nicht erkannt werden und später zu erheblichen Schäden bis hin zum Verlust der Standsicherheit des Bauteils führen können.
Liegen für die zu sanierende Konstruktion noch Ausführungsunterlagen vor (Ausführungspläne, Bewehrungszeichnungen usw.), dann kann man anhand der Unterlagen überprüfen, ob die tatsächliche Belastung oder Beanspruchung den bei Erstellung des Bauwerks zugrunde gelegten Annahmen entsprechen. Liegen keine solchen Unterlagen mehr vor, was bei älteren Bauwerken häufig der Fall ist, dann muss man auf Grund einer ausreichenden Zahl von Stichproben die für Dauerhaftigkeit und Standsicherheit des Bauwerks erforderlichen Parameter ermitteln. Das sind vor allem Betonfestigkeit, Karbonatisierungsgrad, Lage und Zustand der Bewehrungsstähle, Chloridbeaufschlagung und Risse im Beton. Erst nach ausreichender Prüfung des Istzustandes und Klärung der Schadensursachen kann man an die Erstellung eines Sanierungskonzeptes gehen.
Das Sanierungskonzept beschreibt einen technisch und wirtschaftlich gangbaren Weg vom Istzustand zum Sollzustand der Konstruktion. Hierbei sind wegen der oft geschwächten Standsicherheit keineswegs geringere, sondern im Regelfall höhere Anforderungen an das Fachwissen und die speziellen Materialkenntnisse der planenden, ausführenden und überwachenden Ingenieure und Facharbeiter zu stellen als bei Neubauten. Bei allen Maßnahmen die über reine Oberflächenausbesserungen hinausgehen, besteht statisch gesehen kein Anlass, zwischen Sanierung und Verstärkung zu unterscheiden. Gleichgültig ob ein tragender Querschnitt nur wiederhergestellt oder verstärkt wird, die Fragen der Kraftumlagerung und des eventuell unterschiedlichen Verformungsverhaltens müssen geklärt werden, bevor man sich für ein bestimmtes Material zur Querschnittsergänzung entscheidet. Dies erfordert gründliche Kenntnisse über das Verhalten von Baustoffen und Bauteilen unter den auftretenden last-, nutzungs- und umweltbedingten Beanspruchungen.
Die Analyse der Schäden einer Stahlbetonkonstruktion ist Voraussetzung für die Auswahl geeigneter Instandsetzungstechnologien und -materialien und somit Grundlage für eine erfolgreiche Instandsetzung.
Untersuchungsmethoden Die Schadensanalyse besteht aus Untersuchungen vor Ort (am Bauwerk) und Untersuchungen im Labor (an gewonnenen Baustoffproben). Dabei kommen folgende Untersuchungsmethoden zur Anwendung.
Untersuchungen am Bauwerk Die visuelle Bestandsaufnahme dient der Erfassung des Schadensumfanges, der vorliegenden Expositionen sowie der Festlegung der zu untersuchenden Bereiche. Typische Zustände des Bauwerkes werden in Bildform dokumentiert.
Die zerstörungsfreie Lokalisierung der Bewehrung erfolgt mit magnetinduktiven Messsystemen, die die Feststellung der Lage einzelner Bewehrungsstäbe mit hoher Genauigkeit ermöglichen. Die marktüblichen Messsysteme können Bewehrung bis in eine Tiefe von ca. 10 cm lokalisieren.
Die zerstörungsfreie Messung der Betonüberdeckung der Bewehrung erfolgt mit dem gleichen Messsystem wie die Lokalisierung der Bewehrung. Zur zerstörungsfreien Ermittlung der Betonüberdeckung ist es erforderlich, dass der Durchmesser der Bewehrungsstäbe z. B. aus Planunterlagen bekannt ist.
Die zerstörungsfreie Messung der Druckfestigkeit des Betons erfolgt mit dem Rückprallhammer nach EN 12504-2. Bei der Messung wird ein Bolzen mit definierter Kraft gegen die Betonoberfläche geschleudert. Aus der Intensität des Rückpralls kann auf die Festigkeit des Betongefüges rückgeschlossen werden. Um Einflüsse aus der Ungleichmäßigkeit der Betonoberfläche zu vermeiden, steht jeder angegebene Festigkeitswert für mindestens 10 Einzelprüfungen. Die zerstörungsfreie Messung der Druckfestigkeit ersetzt nicht die Prüfung der Betondruckfestigkeit nach EN 12390-3 an Prüfkörpern. Die zerstörungsfrei bestimmte Druckfestigkeit kann für den Nachweis der Gleichmäßigkeit von Ortbeton sowie für die Darstellung von Bereichen oder Flächen geringer Güte oder für beschädigten Beton in Konstruktionen verwendet werden.
Die zerstörungsfreie Bewertung des Korrosionszustandes der Bewehrung kann durch Messung des Potentialfeldes auf der Betonoberfläche vorgenommen werden. Dazu ist die flächige Erfassung des Feldes erforderlich. An einer Sondierungsöffnung ist der bauteiltypische Referenzwert des Potenzialfeldes für den anzutreffenden Korrosionszustand zu ermitteln. Die Detektion korrodierter Stähle setzt umfangreiche Erfahrungen und eine kritische Bewertung des Gesamtzustandes des Bauteils voraus.
Die zerstörungsarme Bewertung des Korrosionszustandes der Bewehrung basiert auf der lokalen Freilegung der Bewehrung an der Stelle der geringsten Betonüberdeckung im Bauteil. Die Bewertung des Korrosionszustandes erfolgt nach der visuellen Erscheinung der Bewehrungsoberfläche.
Für die zerstörungsarme Messung der Carbonatisierungstiefe des Betons wird eine frische Betonbruchfläche mit einem geeigneten Indikator – meist Phenolphthaleinlösung – besprüht. Anhand des Tiefenprofils des Farbumschlages lässt sich der Fortschritt der Betonkorrosion ermitteln.
Die zerstörungsarme Messung der Oberflächenzugfestigkeit der Betonoberfläche erfolgt mit dem Abreißversuch. Dazu werden Prüfstempel mit einer definierten Fläche auf den Beton geklebt. Anschließend werden die Stempel mit einem – meist elektropneumatischen – Prüfgerät mit einer definierten Belastungsgeschwindigkeit von der Oberfläche abgezogen. Der Messwert der Bruchkraft sowie das Bruchbild und die Bruchtiefe lassen Aussagen zur Güte der Betonoberfläche zu. Für Betoninstandsetzungssysteme sind verschiedene Mindestwerte der Oberflächenzugfestigkeit erforderlich.
Für die erweiterte Untersuchung der Betoneigenschaften ist die Entnahme von Betonproben erforderlich. Im Regelfall erfolgt dies durch die Entnahme von Bohrkernen im Nassbohrverfahren. Um das Bauteil so wenig wie möglich zu schwächen, sollte vor der Bohrung die Bewehrung lokalisiert werden.
Die Entnahme von Bewehrungsstahlproben sollte nur nach Freigabe durch den Tragwerksplaner erfolgen. Für die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von Bewehrungsstahl im Zugversuch ist die Entnahme von mindestens 35 cm langen Proben erforderlich.
Untersuchungen im Labor Die Betrachtung des Betongefüges dient der visuellen Feststellung von Besonderheiten des Betons und der Gesteinskörnung. Diese geben Hinweise auf eventuelle Schadensursachen und den Schadensgrad.
Die Ermittlung der Druckfestigkeit des Betons erfolgt durch Belastung einer Betonprobe nach EN 12390-3 bis zum Bruch. Aus dem Verhältnis der belasteten Querschnittsfläche und der Bruchlast errechnet sich die Druckfestigkeit.
Zur Ermittlung der Rohdichte des Betons wird die Masse einer bestimmten Probe ins Verhältnis zum Volumen der Probe gesetzt (EN 12390-7). Das Verhältnis entspricht der Rohdichte.