Historische Betonoberflächen

Historische Betonoberflächen

HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE

Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE

Beton und Denkmalpflege

Beispiel: Wasserhochbehälter Völklinger Hütte

Erbaut 1917/1918 durch Wayss & Freytag

Technischer Wert:

Früher Eisenbetonbau (einer der ältesten und größten in SW-Deutschland)

Architektonischer Wert:

Frühes Beispiel einer neuen, sachlichen Industriearchitektur

Denkmalstatus: Weltkulturerbe

Zustand: Schattendasein

(Noch) keine Liebesbeziehung?

Oberfläche

Wichtig für die Denkmalpflege. Original Oberfläche dokumentiert Bau, Entstehung, Gestaltung

Daher besondere Bedeutung

Technische Aspekte:

Herstellungsweise, Schalbild, Kiesnester, Betontechnik

Architektonische Aspekte:

Schalbild, Farbe, Oberflächenbearbeitung

Original Oberfläche möglichst erhalten


Anforderungen an eine denkmalgerechte Betoninstandsetzung

TECHNIK DENKMALPFLEGE

INSTANDSETZUNGSKONZEPT

GEBÄUDE

RichtlinienTechnologische Aspekte

Voruntersuchung, Schäden(Istzustand)Geplante Nutzung(Sollzustand)

Historische und Architektonische AspekteDenkmalwert

SANIERUNGErhalt von Bausubstanz und Erscheinungsbild

NACHBEREITUNGErfolgskontrolle, Wartung,

Monitoring


Historischer Betonbau:Geringe Betonfestigkeiten (Norm: C12/15)

Oft höhere Festigkeiten durch Nacherhärtung

Schwankende Betonqualität durch: Baustellenbeton Handverdichtung Schwankende w/z-Werte (Konsistenz)

Oft solide handwerkliche Ausführung

Oft Statische Reserven (konservative Bemessung)

Keine homogene Qualität früher Betonbauten

Möglichst umfassende Voruntersuchungen erforderlich


Typische Mängel:

Verwitterte und abgesandete Betonoberflächen- Klimatische Einflüsse, Luftschadstoffe

Flächige organische/mineralische Beläge - Ausblühungen, Schmutzkrusten, Bewuchs

Oberflächenrisse- Eigenspannung (Schwinden/Temperatur), Zwang, äußere Lasten

Abgeplatzte Betondeckung- Korrosion der Bewehrung durch Karbonatisierung oder Chloride

Hohlraumreiche Randzonen ohne Feinmörtelmatrix (Kiesnester)- Herstellungs-/Verarbeitungsmängel

Korrosion ohne sichtbaren Schaden- Karbonatisierung und Korrosion bei starker Betonüberdeckung


SanierungsmöglichkeitenElektrochemischen Prozess der Korrosion unterbinden, (Möglichkeiten nach der RiLi SIB DAfStb):

ANODISCHEN TEILPROZESS

UNTERBINDEN

KATHODISCHEN TEILPROZESS

UNTERBINDEN

ELEKRTOLYTISCHEN PROZESS

UNTERBINDEN

Repassivierung R

Alkalischer Spritzmörtel großflächig

R1

Alkalischer Mörtel

Ausbesserung

R2

Elektro-chemische

Verfahren

Rx

Beschichtung der Stahl-

oberflächen

C

Kathodischer Korrosions-schutz der Bewehrung

Absenkung des Wasser-gehaltes

K CP W


Betonersatzsystemeund Denkmalpflege

Verlust der Oberfläche

Umfang möglichst gering halten, Reparaturstellen so unauffällig wie möglich

Normative Vorgaben nicht immer erste Wahl

Konflikte in der Betonsanierung aus denkmalpflegerischer Sicht:

Grundsatz Instandsetzungsrichtlinie: Sicherstellung Restnutzungsdauer (Denkmal: dauerhafter Erhalt)

Verlust/Eingriff in die original Oberfläche

Normative Vorgaben nicht immer einhaltbar bzw. erste Wahl (z.B. Oberflächenschutzsysteme)

Beispiel DIN ATV 18349 (Betonerhaltungsarbeiten) :

Die Endbeschichtung ist in hellem Grauton auszuführen


BetonersatzsystemeMindestumfang der SanierungsmaßnahmeGrundsätzlich:

Alle depassivierten Stähle mit aktiver Korrosion erfassen, bei zu geringer Betondeckung zusätzlich stahlbaumäßiger Korrosionsschutz

Ziel:

Möglichst geringer Eingriff in die Oberfläche. Reparaturstellen an Altbeton anpassen (möglichst unauffällige Sanierung)

Gefahr:

z.B. Verstärkte Korrosion durch Makroelementbildung bei zu gering gewähltem Sanierungsbereich

Voraussetzung:

Gründliche Voruntersuchung (z.B. Potentialmessung)

Übergang zum Altbeton:

Unauffällig (z.B. entlang Schalungsfugen), bestmöglich senkrechte Schnitte mit Trennscheibe (Tiefe > 5 mm)


BetonersatzsystemeZusammensetzung des ReparaturmörtelsZusammensetzung des Reparaturmörtels sollte möglichst der des Originalbetons entsprechen.

Hohe Zugfestigkeit erforderlich, sonst Gefahr der Plombenbildung (maximale Zugfestigkeit des Altbetons)

Übliche Reparaturmörtel (zumeist PCC-Mörtel) können i.d.R. optimal eingestellt werden.

Auswahl von Reparaturverfahren und Mörtelzusammensetzung unter folgenden Gesichtspunkten:• Schadensumfang• Betoneigenschaften• Gewünschtes Erscheinungsbild• Wirtschaftlichkeit / Denkmalwert


BetonersatzsystemeErscheinungsbild der Instandsetzungsfläche

Farbigkeit:

Farbe Zuschlag und Matrix

Einstellbar auch durch Weißzement mit Pigmenten

Bei dunklen Reparaturstellen Gefahr der Rissbildung durch Temperaturspannungen

Gesteinskörnung:Farbe, Größe und Struktur des Altbetons

Größtkorn Reparaturmassen:

• Spritzbeton 8 mm• Reparaturmörtel 4 mm (oft nur 2 mm)• Feinspachtel < 2 mm

Auswahl Reparatursystem

Evtl. Nachbearbeitung Reparaturstelle(Scharrieren, Auswaschen Feinanteil)


BetonersatzsystemeErscheinungsbild der Instandsetzungsfläche

Schalungsstruktur:

Spachtelmassen, reliefartige Nachbildung durch Spachteln schwierig/aufwändig, oft optisch unbefriedigend

Nachahmen Brettschalung durch Kellenschnitte

Nachahmen Holzstruktur durch Bürstenstrich

Einpressen von Schalung in frische Reparaturstelle schwierig: bei Spritzmörtel/-beton keine glättende Oberflächenbearbeitung zulässig, Gefahr der Verfärbung durch Schalöl (Altbeton abdecken)

Vorbetonieren einer Betonschale, bei Kleinflächen Problem Befestigung der Schalung, oft Platzmangel

Evtl. Einpressen von Injektionsmörtel in Schalung, Problem der Befestigung/Dichtigkeit der Schalung

Aufwand im Einzelfall prüfen


Elektrochemische RealkalisierungVerfahren und WirkungsweiseVornorm: DIN CEN/TS 14038 – 1 (2004)

Zeitweise Beaufschlagung der Bewehrung mit negativer Ladung

Außenseitig Metallgitter als Anode in alkalisch getränktem Vlies (meist Sodalösung)

Dauer der Anwendung: 4-21 Tage (mind. 100 h)

Übliche Spannung: 1000 mA/m² Betonfläche (Norm: 4 A/m² Bewehrung)

Wirkungsweise

Bildung von Hydroxidionen an der Kathode, dadurch Erhöhung des pH-Wertes an der Bewehrung (Repassivierung)

Einwandern von Alkalien von außen durch Diffusion, Kapillartransport und Elektroosmose in die karbonatisierte Betonrandzone, dadurch Realkalisierung (Soda beständiger gegen CO2 (pH-Wert immer über 10,5))

(Wandern von Kationen (Cl-) zur Anode)

Elelektrolyt mit Metallgitter (Anode)

Anodensystem zeitweise

-

+

Bewehrungsstahl (Kathode)

Alkalien (Kapillartransport)

Elektrolyse (OH-Ionen)


Elektrochemische RealkalisierungAnwendungsgrenzen, GefahrenNicht bei Chloridkorrosion anwendbar (dann als Verfahren Chloridextraktion in ähnlicher Anwendung)

Nicht anwendbar bei beschichteter oder verzinkter Bewehrung

Gefahr der Wasserstoffversprödung des Stahls, daher nicht für Spannbeton nutzbar

Gefahr der Aufheizung des Stahls bei zu hoher Stromdichte: Risse, Verringerung des Haftverbundes Stahl/Beton

Eventuell Alkali-Kieselsäure-Reaktion bei kritischen Zuschlagstoffen

Bei mehrlagiger Bewehrung: Gefahr der verstärkten Korrosion der unteren Bewehrungslage

Säurenbildung an der Anode, Beschädigung der Betonoberfläche möglich

Dauerhafte Realkalisierung der Betonrandzone (pH > 10) wird praktisch nicht erreicht

Dauerhaftigkeit der Maßnahme derzeit noch fraglich (Versuche laufen noch)

Monitoring erforderlich (Kontrolle Dauerhaftigkeit)Karbonatisierungsbremse empfohlen


KorrosionsinhibitorenDefinition: Korrosionshemmende Stoffe

Als Zusatzmittel im Frischbeton erprobt. Von der Chemieindustrie aber auch als Mittel zur Applikation auf Altbeton angeboten (z.B. von Sika)

Zusammensetzung:

2 Komponenten: Aminoalkohol und mineralische Verbindung (meist Phosphorverbindung)

Wirkungsweise:

Aminoalkohol und mineralische Verbindung dringen in den Beton ein und bilden auf der Stahloberfläche ein korrosionsstabiles Salz

Anwendung:

Mehrmaliges Auftragen durch Rollen oder Spritzen

Problem:

Mineralische Komponente fällt oft frühzeitig aus (Wirksamkeit?)

Alkohol bleibt in Lösung (Verflüchtigung?)

Erfolgsnachweis schwierig, Dauerhaftigkeit nicht gesichert, Erfolg bei bereits eingesetzter Korrosion nicht sicher, Unschädlichkeit?

Anwendung nur in sehr engem Rahmen Erfolg versprechend


OberflächenschutzsystemeInstandsetzungsrichtlinie: 3 prinzipielle Systeme

Hydrophobierungen

(OS 1/OS A)Untergrundvorbereitung für Beschichtungen

Imprägnierende Behandlung des Betons zur Herstellung einer wasserabweisenden Oberfläche

Keine Filmbildung

Keine Veränderung der Oberfläche

Nicht dauerhaft

Imprägnierung

(Versiegelung) Versiegelnde Behandlung des Betons zur Reduzierung der Oberflächenporosität

Grundierungen

Dünne Filmbildung

i.d.R. Veränderung der Oberfläche, Lasierende Systeme Möglich

Karbonatisierungsbremse

Systeme sind nicht explizit in der Instandsetzungsrichtlinie geregelt

Beschichtungen

(OS 2, 4, 5a/OS B, C, D II)Schichtbildende Behandlung des Betons

Geschlossener Film

Veränderung der Oberfläche

Rissüberbrückende Systeme

Veränderung der Oberfläche


OberflächenschutzsystemeHydrophobierungenVorteil: Keine Veränderung der Oberfläche, preiswert und einfach

Systeme: i.d.R. Silane oder Siloxane, teilw. mit Kieselsäureesther (Verfest.)

Wirkung: Erhöhung der Oberflächenspannung in den KapillarenUnterbinden des kapillaren Wassertransportes

Nachteile/Gefahren:

Nicht dauerhaft (Monitoring/Wartung erforderlich)

Verstärkte Karbonatisierung (Ungehindertes Eindringen von CO2 durch wasserfreie Poren), bei nachlassender Hydrophobierung verstärkte Korrosion möglich

Verstärktes Eindringen von Wasser durch Risse, dort verstärkte Salzbildung und Frostgefahr, Ausreichende Tiefe der Hydrophobierung notwendig

Bei stark gerissener Oberfläche möglicherweise keine ausreichende Absenkung des Wassergehaltes

Nachfolgende alternative Sanierungsmaßnahmen (z.B. Realkalisierung) kaum möglich (Kapillartransport behindert)

Verstärktes Eindringen von Wasser über Risse

Abtrocknung verstärkt über Risse: Gefahr durch Frost und Salzbildung

Tiefe Hydrophobierung verringert Problem


Fazit

Möglichkeiten der Betonsanierung in der Denkmalpflege begrenzt:

Betonersatzsysteme verändern/zerstören die original Oberfläche, Anpassen von Farbe/Struktur an den Altbeton aufwändig und nicht immer zufrieden stellend.

Alternative Möglichkeiten (Realkalisierung, Korrosionsinhibitoren) sind zwar schon in der Anwendung, aber derzeit noch zu unerprobt, um flächendeckend einsetzbar zu sein. Dauerhaftigkeit unklar.

Oberflächenschutzsysteme greifen ebenfalls in die Oberfläche ein und verändern diese.

Geltende Normen und Vorschriften sind nicht immer zu 100 % umsetzbar.

Umfassende, sorgfältige Planung wichtig:• Sorgfältige Voruntersuchung zur Minimierung des Eingriffs• Für den Einzelfall abgestimmtes Instandsetzungskonzept• Minimaler Eingriff, Reparaturen so unauffällig wie möglich• Wartung und Monitoring ermöglichen rechtzeitiges Handeln


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Büro für Altbausanierung und Denkmalpflege – Am Schillerpark 11 – 66333 Völklingen – T 06898/ 496 14 10

www.schwartzplan.de [email protected]

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