Erhaltung von Betonbauwerken

Michael Raupach | Jeanette Orlowsky Erhaltung von Betonbauwerken

Aus dem Programm

Bauwesen

Formeln und Tabellen Bauphysik von W. M. Willems, K. Schild, S. Dinter und D. Stricker Hinzunehmende Unregelmäßigkeiten bei Gebäuden von R. Oswald und R. Abel Energieausweis – Das große Kompendium von A. Weglage (Hrsg.) Praktische Bauphysik von G. Lohmeyer, M. Post und H. Bergmann Klausurtraining Bauphysik von E. Lübbe Baudichtstoffe von M. Pröbster Vieweg Handbuch Bauphysik Teil 1 von W. M. Willems, K. Schild und S. Dinter Vieweg Handbuch Bauphysik Teil 2 von W. M. Willems, K. Schild und S. Dinter Planung von Photovoltaik-Anlagen von F. Konrad Englisch für Architekten und Bauingenieure von S. Heidenreich Erhaltung von Betonbauwerken von Michael Raupach und Jeanette Orlowsky

www.viewegteubner.de

Michael Raupach | Jeanette Orlowsky

Erhaltung von Betonbauwerken Baustoffe und ihre Eigenschaften PRAXIS

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Raupach lehrt an der RWTH Aachen auf dem Lehr- und Forschungsgebiet der Baustoffkunde mit Schwerpunkt der Bauwerkserhaltung und -instandsetzung. Email:

[email protected]

Dr.-Ing. Jeanette Orlowsky ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Bauforschung der RWTH Aachen. Email:

[email protected]

Internet: www.ibac.rwth-aachen.de

1. Auflage 2008 Alle Rechte vorbehalten © Vieweg +Teubner | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008 Lektorat: Dipl.-Ing. Ralf Harms | Sabine Koch Vieweg+Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.viewegteubner.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Druck und buchbinderische Verarbeitung: Strauss Offsetdruck, Mörlenbach Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN 978-3-8351-0120-3

Vorwort Beim Schutz und der Instandsetzung von Betonbauteilen nehmen die Baustoffe und deren Applikation eine zentrale Rolle ein. Basierend auf einer vorausgegangenen Planung erfolgt die Auswahl der Baustoffe. Dabei sind die Materialeigenschaften, Materialverträglichkeiten sowie die am Bauteil vorliegenden Randbedingungen zu beachten. Die Auswahl und der fachgerechte Einsatz der Baustoffe erfordert detailliertes, interdisziplinäres Wissen. Zudem erfordert die Entwicklung neuer Baustoffe und Verfahrenstechniken ebenso wie aktualisierte Richtlinien, Normen und Prüfverfahren eine kontinuierliche Weiterbildung auf diesem Gebiet. Ziel dieses Buches ist es, einerseits die Grundlagen über Materialien zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen zu vermitteln, aber andererseits auch die relevanten Baustoffe mit ihren Eigenschaften, Anwendungsbereichen, Verarbeitungsbedingungen und möglichen Schwachstellen darzustellen. Die Vermeidung von Schäden ist ein wesentlicher Aspekt der Erläuterungen. Eine weitere Motivation zur Verfassung dieses Buches ist die Einführung der europäischen Norm EN 1504, in der erstmalig Produkte für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen genormt werden. Die Normenreihe regelt sämtliche Anforderungen an die CEKennzeichnung der Produkte und verweist auf europäische Prüfverfahren zur Bestimmung der Leistungsmerkmale. Die Prüfung der Produkte erfolgt nun für alle EU-Mitgliedstaaten bindend anhand von europäischen Prüfnormen. Ein Grossteil dieser Prüfnormen wurde erst in den vergangenen Jahren erstellt. Im Rahmen dieses Buches werden Prüfverfahren, die in diesen Normen geregelt sind, beschrieben. Damit wird es für den Planer und Anwender möglich, die für die jeweiligen Produkte angegebenen Anforderungen/Eigenschaften anhand der Prüfverfahren beurteilen und bewerten zu können. Das Buch behandelt ausschließlich Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen. Somit werden z. B. Sanierputze, Wärmedämmverbundsysteme, MauerwerkInjektionsstoffe nicht in diesem Buch beschrieben. Vor dem Einsatz von Baustoffen ist jeweils eine fundierte Planung der Maßnahme notwendig. Die Vorgehensweise bei der Zustandsbeurteilung und Planung von Schutz- und Instandsetzungen von Betonbauteilen nach neuen Regelwerken wird in einem separaten Buch beschrieben. Wir hoffen, mit diesem Buch die Beurteilung von am Markt erhältlichen Baustoffen zu erleichtern und bei der gezielten Auswahl sowie der fachgerechten Verarbeitung von Baustoffen zu unterstützen. Denn dadurch können Schäden an instand gesetzten Betonbauteilen vermieden werden. Für die Unterstützung bei der Erstellung des Buches möchten wir uns ganz besonders bei den folgenden Personen bedanken: Frau Irina Kadinskaia, die mit viel Geduld und Aufmerksamkeit die Bilder erstellt hat, Frau Martina Rohs für die Erstellung der Tabellen und Herrn Lars Wolff, Herrn Oliver Weichold, Herrn Björn Banholzer, Frau Kidist Hailu und Frau Evangelia Malakou für das Korrekturlesen und die fachlichen Diskussionen. Vielen Dank!

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ............................................................................................................................. 1 1.1

Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen  Entwicklung und Bedeutung ........ 1

1.2

Die europäische Normenreihe EN 1504 ....................................................................... 2

1.3

Übersicht über Schutz- und Instandsetzungsprinzipien................................................ 4

1.4

1.5

Auswahl geeigneter Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen ....................................................................................................... 8 1.4.1 Allgemeines..................................................................................................... 8 1.4.2 Auswahl nach RL-SIB .................................................................................... 8 1.4.3 Auswahl nach der Normenreihe EN 1504....................................................... 8 1.4.4 Vergleich der Planungskonzepte von EN 1504 und RL-SIB ........................ 13 1.4.5 Restnormen und Zulassungen für die Verwendung der europäischen Produkte in Deutschland ............................................................................... 14 1.4.6 Qualitätssicherung der Ausführung............................................................... 16 Rolle der Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen....... 17

1.6

Übersicht über verwendete Baustoffe sowie der Gliederung des Buches .................. 18

2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften ........................................... 20 2.1

Allgemeines ................................................................................................................ 20

2.2

Zusammensetzung des oberflächennahen Betons....................................................... 21

2.3

Oberflächenzugfestigkeit............................................................................................ 23

2.4

Bestimmung des Feuchtegehaltes in der Betonrandzone............................................ 27 2.4.1 Allgemeines................................................................................................... 27 2.4.2 Klassifizierung der Betonfeuchte und Folientest nach RL-SIB .................... 28 2.4.3 Feuchtezustand von Rissen und Hohlräumen nach RL-SIB ......................... 29 2.4.4 Der Darr-Versuch als direkte Methode zur Ermittlung des Wassergehaltes.......................................................................................................... 32 2.4.5 Der CM-Test ................................................................................................. 32 2.4.6 Feuchtemessgeräte ........................................................................................ 33 2.5 Wasseraufnahme......................................................................................................... 34 2.5.1 Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme nach Karsten ......................... 34 2.5.2 Bestimmung der Wasseraufnahme an am Bauwerk entnommenen Proben .. 34 2.6 Benetzbarkeit der Oberfläche ..................................................................................... 35

VIII

Inhaltsverzeichnis

2.7

2.8

Rissbildungen ............................................................................................................. 36 2.7.1 Allgemeines...................................................................................................36 2.7.2 Bestimmung von Rissmerkmalen..................................................................37 Oberflächenrauheit...................................................................................................... 40

2.9

Karbonatisierungstiefe der Betonrandzone................................................................. 41

2.10 Chloridverteilung in der Betonrandzone..................................................................... 42 2.11 Kiesnester, Hohlstellen und Abplatzungen................................................................. 44 3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien auf Beton ...............................45 3.1

Allgemeines ................................................................................................................ 45

3.2

Grundlagen der Adhäsionskunde................................................................................ 46 3.2.1 Einführung.....................................................................................................46 3.2.2 Mechanische Adhäsion..................................................................................49 3.2.3 Spezifische Adhäsion ....................................................................................50 3.2.4 Interaktion der Adhäsionsmechanismen........................................................56 3.3 Problematik der „osmotischen“ Blasenbildung bei Beschichtungen auf Beton.......... 57 3.3.1 Einführung.....................................................................................................57 3.3.2 Ursachen für die zeitverzögerte Entstehung von Blasen ...............................58 3.3.3 Vermeidung der Blasenbildung von Beschichtungen auf Beton...................59 3.4 Konsequenzen für die Applikation der Materialien für Schutz- und Instandsetzung ........................................................................................................................ 60 3.4.1 Allgemeines...................................................................................................60 3.4.2 Anforderung an den Untergrund ...................................................................60 3.4.3 Untergrundvorbereitung ................................................................................64 3.4.4 Witterungsbedingungen bei der Ausführung der Materialapplikation ..........67 4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen für Schutz- und Instandsetzungsstoffe........68 4.1 4.2

Allgemeines ................................................................................................................ 68

Grundlagen der Polymerchemie ................................................................................. 68 4.2.1 Begriffsdefinition ..........................................................................................68 4.2.2 Bildungsreaktionen........................................................................................69 4.2.3 Strukturen ......................................................................................................71 4.2.4 Zusatzstoffe ...................................................................................................78 4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis......................................................................................... 81 4.3.1 Allgemeines...................................................................................................81 4.3.2 Epoxidharze (EP) ..........................................................................................81 4.3.3 Polyurethane (PUR) ......................................................................................88 4.3.4 Acrylharze (AY, MMA)................................................................................92 4.4 Siliciumorganische Verbindungen – Silikone (SI) ..................................................... 94 4.4.1 Grundlagen ....................................................................................................94 4.4.2 Hydrophobierungsmittel................................................................................95

Inhaltsverzeichnis

4.5

4.6

4.7

Dispersionen ............................................................................................................... 98 4.5.1 Allgemeines – Begriffe ................................................................................. 98 4.5.2 Herstellung und Rohstoffe ............................................................................ 99 4.5.3 Charakterisierung von Dispersionen ........................................................... 101 4.5.4 Filmbildung und Filmeigenschaften von Dispersionen............................... 101 4.5.5 Dispersionen im Bauwesen ......................................................................... 103 4.5.6 Verarbeitung................................................................................................ 104 Acrylatgele................................................................................................................ 105 4.6.1 Allgemeines................................................................................................. 105 4.6.2 Eigenschaften und Einsatzbereiche ............................................................. 105 4.6.3 Problematik der fehlenden Korrosionsschutzwirkung für Stahl ................. 107 Zementgebundene Schutz- und Instandsetzungsstoffe ............................................. 108 4.7.1 Grundlagen.................................................................................................. 108 4.7.2 Spritzmörtel und -beton............................................................................... 109 4.7.3 Kunststoffmodifizierte Mörtel (PCC) ......................................................... 111

5 Ersatz geschädigten Betons............................................................................................. 114 5.1

Allgemeines .............................................................................................................. 114

5.2

Überblick .................................................................................................................. 114 5.2.1 Materialien eines Betonersatzsystems......................................................... 114 5.2.2 Generelle Anwendungsbereiche nach EN 1504-3 und RL-SIB.................. 120 5.2.3 Anforderungen nach EN 1504-3 und RL-SIB ............................................ 123 Beton und Spritzbeton .............................................................................................. 125 5.3.1 Zusammensetzung....................................................................................... 125 5.3.2 Eigenschaften .............................................................................................. 125 5.3.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 125 5.3.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 127 Zementmörtel............................................................................................................ 128

5.3

5.4 5.5

Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC.............................................................. 129 5.5.1 Zusammensetzung....................................................................................... 129 5.5.2 Eigenschaften .............................................................................................. 130 5.5.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 140 5.5.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 140 5.6 Kunststoffmörtel PC ................................................................................................. 141 5.6.1 Zusammensetzung....................................................................................... 141 5.6.2 Eigenschaften .............................................................................................. 141 5.6.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 146 5 6 4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 146 5.7 Haftbrücke und Feinspachtel .................................................................................... 147 5.8

Korrosionsschutz der Bewehrung............................................................................. 149 5.8.1 Allgemeines................................................................................................. 149 5.8.2 Anwendungsbereiche nach EN 1504-7 und RL-SIB .................................. 149

IX

X

Inhaltsverzeichnis

5.9

5.8.3 Anforderungen nach EN 1504-7 und RL-SIB.............................................151 5.8.4 Epoxidharzsysteme......................................................................................152 5.8.5 Mineralische Korrosionsschutzsysteme ......................................................153 Hinweise zur Schadensvermeidung .......................................................................... 154

6 Rissfüllstoffe .....................................................................................................................156 6.1

Allgemeines .............................................................................................................. 156

6.2

Überblick .................................................................................................................. 156 6.2.1 Stoffe und Verfahren zum Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen ...................................................................................................156 6.2.2 Anwendungsbereiche nach EN 1504-5 und RL-SIB ..................................162 6.2.3 Anforderungen nach EN 1504-5:2004 ........................................................164 Epoxidharze .............................................................................................................. 165 6.3.1 Allgemeines.................................................................................................165 6.3.2 Zusammensetzung .......................................................................................165 6.3.3 Eigenschaften ..............................................................................................166 6.3.4 Anwendungsbereiche ..................................................................................172 6.3.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil..........................................................172 Polyurethane ............................................................................................................. 173 6.4.1 Allgemeines.................................................................................................173 6.4.2 Zusammensetzung .......................................................................................174 6.4.3 Eigenschaften ..............................................................................................174 6.4.4 Anwendungsbereiche ..................................................................................181 6.4.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil..........................................................181 Acrylatgele................................................................................................................ 182 6.5.1 Allgemeines.................................................................................................182 6.5.2 Zusammensetzung .......................................................................................182 6.5.3 Eigenschaften ..............................................................................................183 6.5.4 Anwendungsbereiche ..................................................................................185 6.5.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil..........................................................185 Zementleime und Zementsuspensionen .................................................................... 186 6.6.1 Allgemeines.................................................................................................186 6.6.2 Zusammensetzung .......................................................................................186 6.6.3 Eigenschaften ..............................................................................................187 6.6.4 Anwendungsbereiche ..................................................................................191 6.6.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil..........................................................191 Hinweise zur Schadensvermeidung .......................................................................... 192

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

7 Oberflächenschutzsysteme ..............................................................................................194 7.1

Allgemeines .............................................................................................................. 194

7.2

Überblick .................................................................................................................. 195 7.2.1 Typen und Aufbauten von Oberflächenschutzsystemen .............................195

Inhaltsverzeichnis

7.2.2 7.2.3

Anwendungsbereiche nach EN 1504-2 und RL-SIB .................................. 199 Anforderungen nach EN 1504-2:2004 in Kombination mit DIN V 18 026.............................................................................................. 201 7.3 Hydrophobierungen (OS 1) ...................................................................................... 201 7.3.1 Aufbau des OS 1 / OS A ............................................................................. 201 7.3.2 Eigenschaften .............................................................................................. 202 7.3.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 207 7.3.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 208 7.4 Beschichtungen für nicht begeh- und befahrbare Flächen ohne Rissüberbrückung (OS 2 und OS 4) ......................................................................... 209 7.4.1 Aufbau......................................................................................................... 209 7.4.2 Eigenschaften .............................................................................................. 211 7.4.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 213 7.4.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 213 7.5 Beschichtungen für nicht begeh- und befahrbare Flächen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 5).......................................................................... 214 7.5.1 Aufbau des OS 5a und OS 5b / OS DII und OS DI .................................... 214 7.5.2 Eigenschaften .............................................................................................. 216 7.5.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 220 7.5.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 221 7.6 Beschichtungen unter Dichtungsschichten (OS 7) ................................................... 221 7.7

7.8

7.9

OS 8-Beschichtungen als starre Bodenbeschichtungen............................................ 222 7.7.1 Aufbau des OS 8 ......................................................................................... 222 7.7.2 Eigenschaften .............................................................................................. 223 7.7.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 224 7.7.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 224 Beschichtungen für nicht begeh- und befahrbare Flächen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 9) ........................................................... 224 7.8.1 Aufbau des OS 9 / OS E.............................................................................. 224 7.8.2 Eigenschaften .............................................................................................. 226 7.8.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 227 7.8.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 227 Beschichtungen als Dichtungsschicht mit hoher Rissüberbrückung (OS 10)........... 228

7.10 Beschichtungen für begeh- und befahrbare Flächen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 11) ......................................................... 228 7.10.1 Aufbau des OS 11 ....................................................................................... 228 7.10.2 Eigenschaften .............................................................................................. 231 7.10.3 Anwendungsbereiche .................................................................................. 231 7.10.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil.......................................................... 232 7.11 Beschichtungen für begeh- und befahrbare Flächen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 13) ......................................................... 233 7.11.1 Aufbau des OS 13 ....................................................................................... 233 7.11.2 Eigenschaften .............................................................................................. 233

XI

XII

Inhaltsverzeichnis

7.11.3 Anwendungsbereiche ..................................................................................234 7.11.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil..........................................................234 7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen................................................................. 234 7.12.1 Allgemeines.................................................................................................234 7.12.2 Trinkwasserbehälter ....................................................................................235 7.12.3 Abwasseranlagen.........................................................................................235 7.12.4 Beschichtungen mit Faserverstärkung für den Gewässerschutz..................239 7.12.5 Leitfähige Beschichtungen ..........................................................................240 7.12.6 Anti-Graffiti ................................................................................................240 7.12.7 Selbstreinigende Fassadenbeschichtungen..................................................242 7.13 Brückenabdichtungen ............................................................................................... 242 7.14 Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten................................................................. 245 7.14.1 Allgemeines.................................................................................................245 7.14.2 Expositionsklassen ......................................................................................245 7.14.3 Geeignete Oberflächenschutzsysteme .........................................................246 7.15 Hinweise zur Schadensvermeidung .......................................................................... 248 8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel ...............................................253 8.1

Allgemeines – Baustoffe für Spezialanwendungen .................................................. 253

8.2

Materialien zur Abdichtung von Fugen .................................................................... 253 8.2.1 Allgemeines.................................................................................................253 8.2.2 Fugenbleche ................................................................................................254 8.2.3 Fugenbänder ................................................................................................254 8.2.4 Fugendichtstoffe und Fugenvergussmassen ................................................258 8.2.5 Fugenabdeckbänder – geklebt und geklemmt .............................................260 8.2.6 Fugenprofile ................................................................................................261 8.2.7 Quellfähige Fugeneinlagen..........................................................................261 8.2.8 Fugen in besonderen Bauwerken ................................................................261 Kleber für Verstärkung ............................................................................................. 262

8.3 8.4

Verankerungsmörtel für Bewehrungsstäbe............................................................... 265 8.4.1 Allgemeines.................................................................................................265 8.4.2 Anforderungen nach DIN EN 1504-6 .........................................................265 8.4.3 Verbundmörtelsysteme und Installation......................................................266

9 Europäisch genormte Prüfverfahren für Schutz- und Instandsetzungsstoffe............269 9.1

Allgemeines – Regelwerke ....................................................................................... 269

9.2

Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe....................................................................... 270 9.2.1 Allgemeines.................................................................................................270 9.2.2 Infrarotanalyse nach DIN EN 1767: 09.1999..............................................271 9.2.3 Korngrößenverteilung der Trockenkomponente von Fertigmörtel DIN EN 12 192-1: 09.2002 .........................................................................272 9.2.4 Thermogravimetrie (TG) von Polymeren DIN EN ISO 11 358: 11.1997...273

Inhaltsverzeichnis

9.2.5 9.2.6

9.3

Bestimmung des Epoxid-Äquivalents DIN EN 1877-1: 12.2000 ............... 274 Bestimmung der Aminzahl anhand des Totalbasizitätsgrades DIN EN 1877-2: 12.2000............................................................................ 274 9.2.7 Bestimmung des Gehaltes an nichtflüchtigen Anteilen DIN EN ISO 3251:07.2003......................................................................... 274 9.2.8 Bestimmung der Hydroxylzahl und/oder des Hydroxylgehaltes DIN EN 1240:05.1998 ................................................................................ 275 9.2.9 Bestimmung des Isocyanatgehaltes DIN EN 1242:01.2006 ....................... 276 9.2.10 Bestimmung der Dichte DIN EN ISO 2811-1:10.2006, DIN EN ISO 2811-2:02.2002 ..................................................................... 276 9.2.11 Bestimmung der Asche DIN EN ISO 3451-1 Entwurf:08.2006 ................. 277 9.2.12 Bestimmung der Auslaufzeit mit Auslaufbechern DIN EN ISO 2431:05.1996......................................................................... 278 Prüfverfahren für angemischte Stoffe....................................................................... 280 9.3.1 Allgemeines................................................................................................. 280 9.3.2 Bestimmung der Verarbeitbarkeitszeit DIN EN 13 294:09.2002 ............... 281 9.3.3 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 1: Prüfung des Fließverhaltens von thixotropem Mörtel DIN EN 13 395-1:09.2002................................... 282 9.3.4 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 2: Prüfung des Fließverhaltens von Vergussmörtel, Feinmörtel oder Mörtel DIN EN 13 395-2:09.2002 ... 283 9.3.5 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 3: Prüfung des Fließverhaltens von Instandsetzungsbeton DIN EN 13 395-3:09.2002 ............................... 284 9.3.6 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 4: Überkopfanwendung von Instandsetzungsmörtel DIN EN 13 395-4:09.2002 .............................. 284 9.3.7 Bestimmung der Verarbeitungszeit von MehrkomponentenBeschichtungssystemen DIN EN ISO 9514:07.2005.................................. 285 9.3.8 Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk – Teil 17: Bestimmung des Gehalts an wasserlöslichem Chlorid von Frischmörtel DIN EN 1015-17:01.2005........................................................................... 285 9.3.9 Einpressmörtel für Spannglieder DIN EN 445:07.1996 ............................. 287 9.3.10 Chloridgehalt nach DIN EN 196-2:05.2005 (Prüfverfahren für Zement)... 287 9.3.11 Bestimmung der Viskosität DIN EN ISO 3219:10.1994 ............................ 288 9.3.12 Bestimmung der Ausflusszeit von zementartigen Rissfüllstoffen DIN EN 14117:12.2004 .............................................................................. 289 9.3.13 Prüfverfahren für Zement, Bestimmung der Erstarrungszeiten und der Raumbeständigkeit DIN EN 196-3:05.2005 ......................................... 289 9.3.14 Bestimmung der Eindringstabilität DIN EN 14 497:12.2004 ..................... 293 9.3.15 Bestimmung der Injektionsfähigkeit durch Injektion in eine Sandsäule und Prüfung der Spaltzufestigkeit DIN EN 1771:11.2004 ......................... 293 9.3.16 Bestimmung des Ausdehnungsverhältnisses und der Ausdehnungsentwicklung DIN EN 14 406:12.2004 ........................................................ 294 9.3.17 Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk. Teil 4: Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel DIN EN 1015-4:12.1998.............................. 294 9.3.18 Bestimmung der Ablaufneigung von Produkten für den Schutz der Bewehrung DIN EN 13 062:09.2003.......................................................... 297

XIII

XIV

Inhaltsverzeichnis

9.4

9.3.19 Prüfung auf Oberflächentrocknung – Glasperlen-Verfahren DIN EN ISO 1517:06.1995.........................................................................297 9.3.20 Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel (mit Ausbreittisch) DIN EN 1015-3:05.2007 .............................................................................297 9.3.21 Bestimmung des Luftgehaltes von Frischmörtel DIN EN 1015-7:12.1998 .............................................................................298 9.3.22 Bestimmung der Rohdichte von Frischmörtel DIN EN 1015-6:05.2007 ....299 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe....................................................................... 299 9.4.1 Allgemeines.................................................................................................299 9.4.2 Referenzbetone für Prüfungen nach DIN EN 1766:03.2000 ......................302 9.4.3 Bestimmung der Druckfestigkeit von Reparaturmörteln DIN EN 12 190:12.1998 .............................................................................304 9.4.4 Messung der Haftzugfestigkeit im Abreißversuch DIN EN 1542:07.1999 ................................................................................305 9.4.5 Bestimmung des Schwindens und Quellens DIN EN 12 617-4:08.2002 ....306 9.4.6 Bestimmung des Karbonatisierungswiderstandes DIN EN 13 295:08.2004 .............................................................................309 9.4.7 Bestimmung des Elastizitätsmoduls im Druckversuch DIN EN 13 412:11.2006 .............................................................................309 9.4.8 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 1: Frost-TauWechselbeanspruchung mit Tausalzangriff DIN EN 13 687-1:05.2002....313 9.4.9 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 2: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) DIN EN 13 687-2:05.2002......313 9.4.10 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 4: Trockene Temperaturwechselbeanspruchung DIN EN 13 687-4:05.2002 ................316 9.4.11 Oberflächeneigenschaften von Straßen und Flugplätzen. Teil 4: Messung der Griffigkeit von Oberflächen: Der Pendeltest DIN EN 13 036-4:12.2003 ..........................................................................316 9.4.12 Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten DIN EN 1770:04.1998 ................................................................................318 9.4.13 Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme DIN EN 13 057:09.2002....319 9.4.14 Messung des Eindringens von Chloridionen DIN EN 13 396:09.2004 .....320 9.4.15 Bestimmung des Kriechens von Betonersatzsystemen im Druckversuch DIN EN 13 584:11.2003 .............................................................................321 9.4.16 Widerstand gegen starken chemischen Angriff DIN EN 13 529:12.2003 .321 9.4.17 Bestimmung der Zugeigenschaften DIN EN ISO 527-1 und 2:1996..........324 9.4.18 Bestimmung der Haftzugfestigkeit von Rissfüllstoffen mit oder ohne thermische Behandlung DIN EN 12 618-2:11.2004 ...................................325 9.4.19 Bestimmung der Schrägscherfestigkeit von Rissfüllstoffen mit oder ohne thermische Behandlung DIN EN 12 618-3:11.2004...........................326 9.4.20 Haftung und Dehnung flexibler Füllgüter für Risse DIN EN 12 618-1:11.2003 ..........................................................................329 9.4.21 Volumetrische Schrumpfung von polymeren Rissfüllstoffen DIN EN 12 617-2:11.2004 ..........................................................................331

Inhaltsverzeichnis

9.4.22 Bestimmung der Glasübergangstemperatur von Polymeren DIN EN 12 614:01.2005 ............................................................................. 331 9.4.23 Bestimmung der Zugfestigkeitsentwicklung von Polymeren DIN EN 1543:02.1998 ................................................................................ 332 9.4.24 Bestimmung der Wasserdichtheit von injizierten Rissen ohne Bewegung in Beton DIN EN 14 068:03.2004 ............................................ 333 9.4.25 Verträglichkeit von Rissfüllstoffen mit Beton DIN EN 12 637-1:11.2004.......................................................................... 334 9.4.26 Verträglichkeit von Rissfüllstoffen. Einwirkung von Rissfüllstoffen auf Kunststoff im Beton DIN EN 12 637-3:03.2004 .................................. 336 9.4.27 Änderungen von Volumen und Gewicht nach Wechsel-Beanspruchung durch Trocknung an der Luft und Lagerung in Wasser DIN EN 14 498:12.2004 ............................................................................. 337 9.4.28 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 3: Temperaturwechselbeanspruchung ohne Tausalzangriff DIN EN 13 687-3:05.2002... 338 9.4.29 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 5: Widerstand gegen Temperaturschock DIN EN 13 687-5:05.2002................................. 338 9.4.30 Bestimmung der Eindruckhärte mit einem Durometer (Shore-Härte) DIN EN ISO 868:10.2003........................................................................... 342 9.4.31 Prüfung des Korrosionsschutzes DIN EN 15 183:11.2006......................... 342 9.4.32 Haftzugfestigkeit zwischen beschichtetem Stahl und Beton (Ausziehversuch) DIN EN 15 184:11.2006 ................................................ 344 9.4.33 Bestimmung des linearen Schrumpfens von Polymeren und Oberflächenschutzsystemen DIN EN 12 617-1:11.2003 ............................ 344 9.4.34 Bestimmung des Abriebwiderstandes. Teil 1: Taber-Abriebprüfgerät DIN EN ISO 5470-1:09.1999 ..................................................................... 346 9.4.35 Beschichtungsstoffe – Gitterschnittprüfung DIN EN ISO 2409:08.2007... 347 9.4.36 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 6: Bestimmung der Kohlenstoffdioxid-Diffusionsstromdichte DIN EN 1062-6:10.2002 ..................... 350 9.4.37 Bestimmung der Wasserdampf-Diffusionsstromdichte DIN EN ISO 7783-1:06.1999, DIN EN ISO 7783-2:04.1999 .................... 352 9.4.38 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich. Teil 3: Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit DIN EN 1062-3:07.2007 (Entwurf) ................................... 354 9.4.39 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 11: Verfahren zur Konditionierung vor der Prüfung DIN EN 1062-11:10.2002 ................................... 354 9.4.40 Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Beständigkeit gegen Flüssigkeiten. Teil 1: Eintauchen in Flüssigkeiten außer Wasser, Teil 3: Verfahren mit saugfähigem Material DIN EN ISO 2812 1:05.2007 und DIN EN ISO 2812-3:05.2007 .............................................................. 355 9.4.41 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich. Teil 7: Bestimmung der rissüberbrückenden Eigenschaften DIN EN 1062-7:08.2004.................................. 357

XV

XVI

Inhaltsverzeichnis

9.4.42 Beschichtungsstoffe – Prüfung der Widerstandsfähigkeit bei schlagartiger Verformung DIN EN ISO 6272-1:08.2004 .....................................360 9.4.43 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten DIN EN 13 501-1:05.2007 ..........363 9.4.44 Bestimmung des Masseverlustes von hydrophobiertem Beton nach der Beanspruchung durch Frost-Tausalz-Wechsel DIN EN 13 581:12.2002 ...366 9.4.45 Trocknungsprüfung für hydrophobierende Imprägnierungen DIN EN 13 579:12.2002 .............................................................................366 9.4.46 Eindringtiefe von Hydrophobierungen und Versiegelungen.......................369 9.4.47 Bestimmung des elektrischen Widerstandes DIN EN 1081:04.1998..........369 9.4.48 Verträglichkeit zwischen Beschichtung und wassergesättigtem, oberflächentrockenem Beton DIN EN 13 578:03.2004 ..............................370 9.4.49 Wasseraufnahme und Alkalibeständigkeit für Hydrophobierungen DIN EN 13 580:12.2002 .............................................................................370 9.4.50 Beurteilung von Beschichtungsschäden – Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen Normenreihe DIN EN ISO 4628.....................................373 9.4.51 Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Schichtdicke DIN EN ISO 2808:05.2007.........................................................................374 10 Ausblick ............................................................................................................................377 11 Anhang..............................................................................................................................378 11.1 Tabellen .................................................................................................................... 378 11.1.1 Ersatz geschädigten Betons .........................................................................378 11.1.2 Rissfüllstoffe ...............................................................................................388 11.1.3 Oberflächenschutzsysteme ..........................................................................397 11.2 Begriffe und Abkürzungen ....................................................................................... 405 11.3 Normen ..................................................................................................................... 407 11.4 Literatur .................................................................................................................... 418 Sachwortverzeichnis..............................................................................................................432

1 Einleitung

1.1 Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen  Entwicklung und Bedeutung Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen stellen ein vergleichsweise junges Gewerk dar. Um 1960 wurden erste nennenswerte Schäden an Betonbauteilen infolge Bewehrungskorrosion dokumentiert. Die rapide Zunahme dieser Schäden führte seit etwa 1975 zu erheblichen Aufwendungen beim Erhalt der Gebäude und Ingenieurbauwerke. Die Korrosion der Stahlbewehrung, die die Hauptursache für Schäden an Betonbauwerken darstellt, wird durch die zwei folgenden Vorgänge eingeleitet: •

Karbonatisierung des Betons bis zur Bewehrung,

•

Eindringen von Chloriden bis zur Bewehrung.

Unter aggressiven Bedingungen, wie hohen Temperaturen und chloridhaltiger Umgebung, kann die Korrosionsrate 1 mm/a überschreiten. In Deutschland treten zwar derartig hohe Korrosionsraten i. d. R. nicht auf, aber dennoch entstanden und entstehen weiterhin erhebliche Schäden durch die Stahlkorrosion. Aufgrund der bis zu den 80er Jahren aufgetretenen immensen Schäden wurden intensive Forschungsprogramme aufgelegt, um die Mechanismen der Stahlkorrosion im Beton zu verstehen, zu modellieren und daraus resultierend Maßnahmen zum Erhalt und zur Instandsetzung von Betonbauwerken abzuleiten. Bis zum heutigen Zeitpunkt ist hierzu noch eine Reihe von offenen Fragestellungen zu beantworten. Um das Wissen auf diesem Bereich zu bündeln, wurde u. a. 1987 in der European Federation of Corrosion (EFC) eine Arbeitsgruppe zur Thematik der Korrosion in Betonbauteilen gegründet. Wissenschaftliche und technische Institutionen auf dem Gebiet der Korrosion bearbeiten seitdem in dieser Vereinigung gemeinsam Themen, wie z. B. Kathodischer Korrosionsschutz, Chloridextraktion, Inhibitoren, Modellierung der Korrosionsvorgänge. Mit der Korrosion der Stahlbewehrung sind häufig Betonabplatzungen verbunden. Darüber hinaus kann der Beton mechanisch, chemisch und physikalisch geschädigt werden. Ursachen hierfür sind zum Beispiel Schlagbeanspruchungen, Alkalitreiben und Frost-Tau-Wechsel. Bild 1.1 gibt eine Übersicht über mögliche Schäden an Betonbauwerken. In den 80er Jahren wurde zudem mit der Erarbeitung zweier Regelwerke für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen begonnen. Das Regelwerk des damaligen Bundesministeriums für Verkehr (ZTV-SIB, ZTV-RISS, ZTV-BEL-B etc.) erschien 1987, während die Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton DAfStb, im folgenden RL-SIB genannt, in den Jahren 1990 bis 1992 in vier Teilen publiziert wurde. Die Regelwerke unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass die RLSIB auch die Betonbauwerke des Hochbaus, Tiefbaus und Industriebaus regelt, während die Regelwerke des BMVBS für die Betonbauwerke des Bundsfernstraßennetzes konzipiert wurden.

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1 Einleitung

1

Bild 1.1: Übersicht über mögliche Schäden an Betonbauwerken nach DIN ENV 1504-9:2001

Die Erhaltung der Bausubstanz hat sich zu einem bedeutsamen Wirtschaftsfaktor entwickelt. Beispielsweise übersteigen die Kosten für die Instandhaltung von Brücken weltweit jährlich 1 Mrd. €. Die Kosten für die Instandhaltung aller Gebäude werden auf über 20 Mrd. € pro Jahr geschätzt. Ein signifikanter Teil der Kosten entfällt dabei auf den Erhalt und die Instandsetzung von Betonbauteilen. Gleichzeitig sinkt der Anteil neu errichteter Bauwerke und bestehende Bauwerke werden zunehmend älter. Somit steigt auch der Bedarf an Baustoffen für den Schutz und die Instandhaltung von Betonbauteilen. Durch das Erscheinen der europäischen Normenreihe EN 1504 werden im Bereich Schutz und Instandsetzung in Kürze erstmalig genormte Produkte eingesetzt. Der nachfolgende Abschnitt gibt einen kurzen Überblick über die europäische Normenreihe EN 1504.

1.2 Die europäische Normenreihe EN 1504 Ein wesentliches Ziel der Europäischen Union ist die Schaffung eines gemeinsamen Binnenmarktes und die Gewährleistung eines freien Warenverkehrs, um die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zu erhöhen. Zu diesem Zweck hat die EU drei Instrumente entwickelt (s. z. B. /Hin05/): • • •

Die gegenseitige Anerkennung von technischen Vorschriften der Mitgliedstaaten. Die Vermeidung neuer Handelshemmnisse durch die Verpflichtung der Mitgliedstaaten Entwürfe neuer technischer Vorschriften der Kommission zu melden. Die Harmonisierung technischer Vorschriften für Bauprodukte.

Die Harmonisierung beruht im Baubereich auf der Bauproduktenrichtlinie (BPR) des Rates zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedstaaten über Bauprodukte, deren Erstfassung 1988 erschien. Nach dieser BPR dürfen Bauprodukte nur in den Verkehr

1.2 Die europäische Normenreihe EN 1504

gebracht werden, wenn sie brauchbar sind, d. h. solche Merkmale aufweisen, dass das Bauwerk, in das sie eingebaut werden sollen, bei ordnungsgemäßer Planung und Bauausführung die wesentlichen Anforderungen erfüllen kann, wenn und soweit national solche vorgesehen sind. In Deutschland ist die BPR durch das Bauproduktengesetz (BauPG) über das Inverkehrbringen von Bauprodukten und den freien Warenverkehr mit Bauprodukten von 1998 umgesetzt. Die in Betracht kommenden Anforderungen an das Bauwerk sind in der BPR als „wesentliche Anforderungen“ (essential requirements) aufgeführt. Sie betreffen die folgenden Bereiche: • • • • • •

Mechanische Festigkeit und Standsicherheit Brandschutz Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz Nutzungssicherheit Schallschutz Energieeinsparung und Wärmeschutz.

Auf der Grundlage des Normungsmandats M 128 /CEN04/ der EU für das europäische Normungsgremium CEN wurden im Ausschuss SC 8 unter dem Dach des Technischen Ausschusses TC 104, der den Beton behandelt, Normen für das Gesamtgebiet des Schutzes, der Instandsetzung und Verstärkung von Betonbauteilen erarbeitet. Dies betrifft die Normen der Reihe EN 1504 „Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Qualitätsüberwachung und Beurteilung der Konformität“. Bild 1.2 gibt eine Übersicht über die 10 Teile der Normenreihe EN 1504 mit den zugehörigen Prüfnormen.

Bild 1.2: Übersicht über den Aufbau der Normenreihe EN 1504

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1

4

1

1 Einleitung

Bei den Teilen 2 bis 7 handelt es sich um harmonisierte Produktnormen, die national unverändert umzusetzen sind. Diese werden nach ihrer Veröffentlichung als DIN EN in Verbindung mit Teil 8 und evtl. Teil 1 der EN 1504 in die Bauregelliste B Teil 1 aufgenommen. Teil 1 enthält die erforderlichen Definitionen und Teil 8 behandelt die Qualitätsüberwachung und Beurteilung der Konformität. Ein zentraler Teil der EN 1504 ist der nicht harmonisierte Teil 9 „Allgemeine Planungsgrundsätze“, der bereits 1996 zur Veröffentlichung als Vornorm freigegeben wurde. Ebenfalls nicht harmonisiert ist Teil 10 „Anwendungen von Produkten und Systemen auf der Baustelle, Qualitätsüberwachung der Ausführung“. Dieser Teil ist jedoch sehr allgemein formuliert und enthält nur in geringem Umfang verbindliche konkrete Anforderungen an die Anwendung der Produkte, die bei Weitem nicht dem gewohnten Anforderungsprofil der RL-SIB des DAfStb entsprechen.

1.3 Übersicht über Schutz- und Instandsetzungsprinzipien Für die Instandsetzung eines Bauwerkes ist zunächst der Bauwerkszustand zu untersuchen und zu begutachten. Weiterhin sind die Ziele der Schutz- bzw. Instandsetzungsmaßnahme zu definieren. Darauf basierend erfolgt die Planung der Maßnahme. Dies wird durch die Vorgabe von Prinzipien in der RL-SIB und in der EN 1504 unterstützt. Grundlage für die Festlegung der Instandsetzungsprinzipien der derzeit gültigen Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ des DAfStb (RL-SIB) sind die elektrochemischen Zusammenhänge des Korrosionsprozesses von Stahl in Beton. Dieser besteht aus drei Teilprozessen, nämlich der anodischen Eisenauflösung, der kathodischen Sauerstoffreduktion und dem elektrolytischen Teilprozess. Wird nur einer dieser Teilprozesse verhindert, so kommt die Korrosion zum Stillstand, was folgendermaßen erreicht werden kann: •

Vermeidung der anodischen Teilreaktion:

Dieses Ziel kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Eine erste Möglichkeit ist es, das alkalische Milieu in Umgebung der Bewehrung wiederherzustellen. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass man die Bewehrung in einem geschlossenen Regelkreis zwingt, kathodisch zu wirken (kathodischer Korrosionsschutz). Eine dritte Möglichkeit besteht schließlich darin, den Elektrolyten durch eine wirksame Beschichtung vom Stahl zu trennen und somit den anodischen Teilprozess zu unterbinden. •

Vermeiden der kathodischen Teilreaktion

Unter baupraktischen Verhältnissen ist das Unterbinden des kathodischen Teilprozesses nur in seltenen Ausnahmefällen realisierbar. Die RL-SIB sieht diese Möglichkeit als Instandsetzungsprinzip deshalb nicht vor. •

Unterbinden des elektrolytischen Teilprozesses

Durch Absenkung des Wassergehaltes im Beton kann die Korrosionsgeschwindigkeit auf praktisch vernachlässigbare Werte gesenkt werden, da sämtliche Transportvorgänge im Beton gehemmt werden. Daraus ergeben sich folgende grundsätzliche Instandsetzungsprinzipien: R: Wiederherstellen des aktiven Korrosionsschutzes durch Repassivierung der Bewehrung bzw. durch dauerhafte Realkalisierung des Betons in der Umgebung der Bewehrung.

1.3 Übersicht über Schutz- und Instandsetzungsprinzipien

W: Absenken des Wassergehaltes auf Werte, die sicherstellen, dass der elektrolytische Teilprozess soweit unterbunden wird, dass die weitere Korrosionsgeschwindigkeit auf ein unschädliches Maß reduziert ist. C: Beschichtung der Stahloberflächen, um den anodischen (und kathodischen) Teilprozess im Bereich der instandgesetzten Stahloberflächen zu unterbinden. K: Kathodischer Korrosionsschutz, um die Bewehrung zu zwingen, ausschließlich bzw. überwiegend kathodisch zu wirken. Schematisch lassen sich die Instandsetzungsprinzipien und zugehörigen Verfahren nach RLSIB /DAfStb01/ entsprechend Bild 1.3 darstellen:

Bild 1.3: Vereinfachte Darstellung der Instandsetzungsprinzipien nach der Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ des DAfStb /DAfStb01/

Die Normenreihe EN 1504 erweitert die Palette der Instandsetzungsprinzipien nach der Deutschen Richtlinie um weitere Prinzipien für den Korrosionsschutz der Bewehrung sowie um den Bereich der Prinzipien zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit des Betons. In Teil 9 der EN 1504 werden insgesamt 11 Instandsetzungsprinzipien angegeben, die nach Schutz des Betons (Prinzipien 1 bis 6, siehe Tabelle 1.1) und Schutz der Bewehrung (Prinzipien 7 bis 11, siehe Tabelle 1.2) eingeteilt sind. Neben den Instandsetzungsprinzipien befinden sich in den Tabellen 1.1 und 1.2 die in der EN 1504 Teil 9 angegebenen verschiedenen Methoden zur Umsetzung der Prinzipien. Für die Umsetzung der Methoden werden Bauprodukte benötigt. Die Eigenschaften sowie die Randbedingungen bei der Verarbeitung wesentlicher, erforderlicher Baustoffe werden im Rahmen dieses Buches beschrieben. Die letzte Spalte der Tabellen enthält jeweils einen Bezug zum relevanten Abschnitt im Buch.

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1 Einleitung

Tab. 1.1: Instandsetzungsprinzipien und Methoden bei Schäden am Beton nach EN 1504; Angabe des Kapitels in dem die relevanten Materialien beschrieben werden Prinzip

Methode (Kurzbezeichnung)

Kapitel

Prinzip 1 (IP) Schutz gegen das Eindringen von Stoffen (Ingress Protection)

1.1. Hydrophobierung

7

1.2. Versiegelung 1.3. Beschichtung (mit/ohne Rissüberbrückungsfähigkeit) 1.4. Örtliche Abdeckung von Rissen (Bandagen)

-

1.5. Rissversiegelung (Füllen von Rissen)

6

1.6. Umwandlung von Rissen in Dehnfugen

-

1.7. Montage von Vorsatzplatten 1.8. Aufbringen von Membranen Prinzip 2 (MC) Regulierung des Wasserhaushaltes des Betons (Moisture Control)

2.1. Hydrophobierung

7

2.2. Versiegelung 2.3. Beschichtung 2.4. Schutzdächer oder Verkleidung (Vorsatzplatten)

-

2.5. Elektrochemische Behandlung Prinzip 3 (CR) Betonersatz (Concrete Restauration)

3.1. Mörtelauftrag von Hand

5

3.2. Querschnittsergänzung durch Betonieren 3.3. Beton oder -mörtelauftrag durch Spritzverarbeitung

Prinzip 4 (SS) Verstärkung (Structural Strengthening)

3.4. Auswechseln von Bauteilen

-

4.1. Zufügen oder Auswechseln von Bewehrungsstahl

8

4.2. Einbau von Verbindungs- und Bewehrungsstäben in den Beton in vorgebildete Nuten oder gebohrte Löcher 4.3. Verstärkung durch Laschen (Stahl oder Faserlaminat) 4.4. Querschnittsergänzung mit Mörtel oder Beton

5

4.5. Injizieren in Risse, Hohlräume oder Fehlstellen

6

4.6. Verfüllen von Rissen, Hohlräumen oder Fehlstellen (drucklose Behandlung)

Prinzip 5 (PR) Erhöhung des physikalischen Widerstandes (Physical Resistance) Prinzip 6 (RC) Erhöhung des Chemikalienwiderstandes (Resistance to Chemicals)

4.7. Vorspannen mit externen Spanngliedern

-

5.1. Überzüge oder Beschichtungen

7

5.2. Versiegelung (verfestigend) 5.3. Mörtel- oder Betonauftrag

5

6.1. Überzüge oder Beschichtungen

7

6.2. Versiegelung 6.3. Mörtel- oder Betonauftrag

5

7

1.3 Übersicht über Schutz- und Instandsetzungsprinzipien

Tab. 1.2: Instandsetzungsprinzipien und Methoden bei Schäden an der Bewehrung nach EN 1504; Angabe des Kapitels in dem die relevanten Materialien beschrieben werden Prinzip

Methode (Kurzbezeichnung)

Kapitel

Prinzip 7 (RP) Erhalt oder Wiederherstellung der Passivität (Preserving or Restoring Passivity)

7.1. Erhöhung der Betondeckung mit zusätzlichem zementgebundenen Mörtel oder Beton

5

7.2. Ersatz von schadstoffhaltigem oder karbonatisiertem Beton 7.3. Elektrochemische Realkalisierung von karbonisiertem Beton

-

7.4. Realkalisierung von karbonatisiertem Beton durch Diffusion 7.5. Elektochemische Chlorid-Extraktion Prinzip 8 (IR) Erhöhung des elektrischen Widerstandes (Increasing Resistivity)

8.1. Hydrophobierung

7

8.2. Versiegelung 8.3. Beschichtung

Prinzip 9 (CC) Kontrolle kathodischer Bereiche (Cathodic Control)

9.1. Begrenzung des Sauerstoffgehaltes an der Kathode durch Versiegelung oder Beschichtung

-

Prinzip 10 (CP) Kathodischer Schutz (Cathodic Protection)

10.1. Anlegen eines elektrischen Potentials

-

Prinzip 11 (CA) Kontrolle anodischer Bereiche (Control of Anodic Areas)

11.1. Anstrich der Bewehrung durch aktiv pigmentierte Beschichtungen

5

11.2. Anstrich der Bewehrung mit Beschichtungen nach dem Barriere-Prinzip 11.3. Aufbringen von Inhibitoren auf den Beton und Transport auf die Stahloberfläche durch Imprägnierung oder Diffusion

-

Zu den in den Tabellen dargestellten Methoden gibt es derzeit noch nicht immer erprobte Verfahren, wie z. B. Methode 9.1. Dennoch wurden diese Methoden aufgelistet, um alle zukünftig möglichen Methoden abzudecken. Eine ausführliche Beschreibung der Methoden befindet sich in /Rau08/.

1

8

1

1 Einleitung

1.4 Auswahl geeigneter Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen 1.4 Auswahl geeigneter Baustoffe

1.4.1 Allgemeines Ein großer Teil der Mängel und Schäden an Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen ist auf die Verwendung von für den spezifischen Anwendungsfall ungeeigneten Produkten zurückzuführen. Daher hat die Auswahl geeigneter Baustoffe eine zentrale Bedeutung für den Erfolg von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen. Sie erfolgt in Deutschland zurzeit nach der RLSIB und in Europa zukünftig auf Basis der EN 1504.

1.4.2 Auswahl nach RL-SIB Die Auswahl der Baustoffe erfolgt nach RL-SIB /DAfStb01/ über in Klassen eingeteilte Produktsysteme, denen meist in Form von Tabellen Anwendungsbereiche zugeordnet sind. Falls eine Anwendung nur für bestimmte Korrosionsschutzprinzipien nach RL-SIB zulässig ist, ist dies in den Anwendungsbereichen vermerkt. Die Anforderungen an die nachzuweisenden Eigenschaften der Produktklassen und die zugehörigen Prüfverfahren sind in der RL-SIB beschrieben. Die in der Richtlinie behandelten Baustoffe umfassen Instandsetzungsbetone und mörtel, Oberflächenschutzsysteme, Rissfüllstoffe sowie Beschichtungssysteme für den Korrosionsschutz der Bewehrung. Eine Spezifikation des Baustoffs oder Systems über Leistungsmerkmale ist nur in Ausnahmefällen vorgesehen. In der RL-SIB Teil 2, Abschnitt 5.4 (7) heißt es dazu: “In speziellen Anwendungsfällen können besondere Anforderungen an das Oberflächenschutzsystem gestellt werden, deren Einhaltung durch zusätzlich zu vereinbarende Prüfungen nachzuweisen sind“. Die Vorgehensweise für die Auswahl der Schutz- und Instandsetzungsprodukte nach RL-SIB und EN 1504 sind daher grundsätzlich verschieden, was im Folgenden gezeigt wird.

1.4.3 Auswahl nach der Normenreihe EN 1504 Die Auswahl der Baustoffe erfolgt nach EN 1504 über Tabellen, die in den Normen EN 15042 bis 7 enthalten sind. Allerdings sind nicht für alle Methoden nach EN 1504-9 die Produkte in der Normenreihe EN 1504 geregelt, da sie teilweise bereits in anderen Regelwerken enthalten sind, wie z. B. die elektrochemischen Verfahren, der Schutz durch Membranen, Verkleidungen, etc. oder die Verstärkung mit externen Spanngliedern. Als System für die Beurteilung der Konformität der Produkte wurde europäisch für standsicherheitsrelevante Maßnahmen das System 2+ und anderenfalls das System 4 festgelegt, während das derzeitige Verfahren nach RL-SIB des DAfStb bzw. ZTV-ING dem System 1 mit dem höchsten Aufwand für die Qualitätssicherung der Produkte entspricht (siehe Tabelle 1.3). Dies bedeutet, dass die bisherige „Fremdüberwachung“ der Produkte weitestgehend entfällt und die Produktqualität im Wesentlichen durch die werkseigene Produktionskontrolle der Hersteller sichergestellt wird, wodurch sich die Verantwortung für die Produktqualität wie europäisch gewünscht stärker zum Produzenten hin verschiebt.

9

1.4 Auswahl geeigneter Baustoffe

Tab. 1.3: Konformitätsnachweissysteme nach Bauproduktenrichtlinie

1

Systeme nach BPR Anhang III Elemente der Konformitätskontrolle

2 (i) 1+

2 (ii) -1 1

Erstprüfung des Produkts

Hersteller

zugelassene Stelle

2+

2

+

+

Prüfung von im Werk entnommenen Proben nach festgelegtem Prüfplan

+

+

+

Werkseigene Produktionskontrolle

+

+

+

Erstprüfung des Produkts

+

+

Stichprobenprüfung („audittesting“) von im Werk, auf dem offenen Markt oder auf der Baustelle entnommenen Proben

+

Erstinspektion des Werkes und der werkseigenen Produktionskontrolle

+

+

+

Laufende Überwachung, Beurteilung und Anerkennung der werkseigenen Produktionskontrolle

+

+

+

Zertifizierung

2 (ii) -2

2 (ii) -3

3

4

+

+

+

+

+

+

Herstellerklärung

Um die geforderten Eigenschafen für die Produkte nachweisen zu können ist es notwendig, für jede Produkteigenschaft eine europäische Prüfnorm zur Verfügung zu stellen. Hier konnte zwar teilweise auf bestehende europäische Prüfnormen zurückgegriffen werden, es mussten jedoch weitere 61 neue Prüfnormen erarbeitet werden, die i. d. R. auf bestehende Regelwerke einzelner oder mehrerer Länder basieren. Diese 61 neuen Prüfnormen wurden inzwischen veröffentlicht. Um die Vorgehensweise der Spezifikation des Baustoffs über Leistungsmerkmale zu verdeutlichen, sind in der EN 1504-2 im informativen Anhang drei Beispiele für die Auswahl von Leistungsmerkmalen für Oberflächenschutzsysteme angegeben. Diese werden im Folgenden dargestellt. Beispiel 1 ist ein Beschichtungssystem für bewitterte Oberflächen, die nicht mechanisch oder chemisch beansprucht werden und keinem Einfluss durch Tausalze unterliegen, das der Situation in Bild 1.4 entsprechen könnte. Die Behandlung soll nach den Prinzipien 1 (IP) und 2 (MC) erfolgen (siehe Tabelle 1.1).

10

1 Einleitung

1

Bild 1.4: Mögliche Situation für Beispiel 1 nach Tabelle 1.4 (Fassade)

Dazu können für die Wirkung als so genannte Karbonatisierungsbremse Methode 1.3 (Beschichtung zum Schutz gegen das Eindringen von Stoffen) und zur Reduzierung der Wasseraufnahme Methode 2.3 (Beschichtung zur Regulierung des Wasserhaushaltes des Betons) angewendet werden. Aus der Wahl dieser Methoden und den speziellen Anforderungen des Bauwerks ergeben sich nach EN 1504-2 die in Tabelle 1.4 genannten Leistungsmerkmale für die Beschichtung. Die Auswahl nur von Methode 2.3 ohne 1.3 hätte zu fast den gleichen Leistungsmerkmalen geführt, allerdings hätte die nach Methode 1.3 geforderte Behinderung der CO2-Durchlässigkeit gefehlt. Die Leistungsmerkmale CO2-Durchlässigkeit, WasserdampfDurchlässigkeit, Kapillare Wasseraufnahme und Haftzugfestigkeit sind dabei für die gewählten Methoden obligatorisch, während die Gewitterregenbeanspruchung und das Verhalten nach künstlicher Bewitterung aufgrund der Exposition für den vorgesehenen Verwendungszweck vom Planer zusätzlich ausgewählt wurden. Beispiel 2 ist ein Beschichtungssystem für Oberflächen in Innenräumen, die mechanisch und chemisch beansprucht werden und nach den Prinzipien 1 (IP), 5 (PR) und 6 (RC) behandelt werden sollen. Diese Situation könnte der in Bild 1.5 entsprechen.

Bild 1.5: Mögliche Situation für Beispiel 2 nach Tabelle 1.4 (Industrieboden)

1.4 Auswahl geeigneter Baustoffe

Dazu wurden Methode 1.3 (Beschichtung zum Schutz gegen das Eindringen von Stoffen), Methode 5.1 (Beschichtung zur Erhöhung des physikalischen Widerstandes) und Methode 6.1 (Beschichtung zur Erhöhung des Chemikalienwiderstandes) ausgewählt. Aus diesen Methoden ergeben sich für die Spezifizierung der Beschichtung die in Tabelle 1.4 zusammengestellten Leistungsmerkmale. Durch Wahl der Methode 5.1 ergeben sich als zusätzliche Leistungsmerkmale zu denen für Methode 1.3 die Abriebfestigkeit und Schlagfestigkeit und durch die Wahl der Methode 6.1 die Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien. Die Leistungsmerkmale Lineares Schrumpfen, Alterung und Verhalten nach künstlicher Bewitterung wurden wiederum vom Planer für den speziellen Anwendungsfall zusätzlich spezifiziert, während die übrigen Leistungsmerkmale für die o. g. Methoden nach EN 1504-2 obligatorisch sind. Beispiel 3 ist ein Beschichtungssystem für bewitterte Oberflächen mit Rissen, die mechanisch und gering chemisch sowie durch Tausalz beansprucht werden. Der Schutz soll nach den Prinzipien 1 (IP) und 5 (PR) erfolgen. Diese Situation könnte der in Bild 1.6 entsprechen.

Bild 1.6: Mögliche Situation für Beispiel 3 nach Tabelle 1.4 (Parkdeck)

Für den Schutz der bewitterten Oberfläche wurden die Methoden 1.3 (Beschichtung zum Schutz gegen das Eindringen von Stoffen) und 5.1 (Beschichtung zur Erhöhung des physikalischen Widerstandes) gewählt, wodurch sich wiederum die in Tabelle 1.4 zusammengestellten Leistungsmerkmale ergeben. Ähnlich wie für Beispiel 2 ergeben sich zu den Leistungsmerkmalen aus Methode 1.3 durch Methode 5.1 die Abrieb- und Schlagfestigkeit. Die übrigen in Tabelle 1.4 genannten Leistungsmerkmale setzen sich wiederum aus obligatorischen und für den bestimmten Anwendungszweck zusätzlich geforderten Leistungsmerkmalen zusammen. Die drei Beispiele verdeutlichen, dass die Produkte nach der Normenreihe EN 1504 nicht wie bisher nach den Deutschen Regelwerken über Klassen definiert werden, sondern über Zusammenstellungen von Leistungsmerkmalen, wobei diese aus einer Auflistung von bis zu 20 Eigenschaften bestehen können. Dies führt zu einer theoretisch immensen Produktvielfalt. Die zukünftigen Entwicklungen werden zeigen, welche Produkte mit welchen Eigenschaftskombinationen zukünftig in den Verkehr gebracht werden. Denkbar ist es auch, dass Produkte projektbezogen nach Eigenschaften definiert und hergestellt werden. Die EN 1504-2 bietet für eine solche Vorgehensweise zahlreiche Variationsmöglichkeiten.

11

1

12

1

1 Einleitung

Tab. 1.4: Beispiele für die Anwendung des Klassifizierungssystems in drei Einzelfällen nach Anhang B der EN 1504-2 Prüfverfahren festgelegt in

Leistungsmerkmale

EN 12 617-1

Lineares Schrumpfen

EN 12 190

Druckfestigkeit

EN ISO 5470-1

Abriebfestigkeit

EN 1062-6

CO2-Durchlässigkeit

EN ISO 7783-2 EN 1062-3

Beispiel 1 Methoden: 1.3/2.2

Beispiel 2 Methoden: 1.3/5.1/6.1

Beispiel 3 Methoden: 1.3/5.1

x

x

x

x

x

x

Wasserdampf-Durchlässigkeit

x

x

x

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

x

x

x

Haftzugfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit EN 13 687-1 EN 13 687-2 EN 1062-11:2002

Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock)

x x

x

4.1: Alterung: 7 Tage bei 70 °C

x

EN 13 529

Widerstandsfähigkeit gegen starken chemischen Angriff

x

EN 1062-7

Rissüberbrückungsfähigkeit

EN ISO 6272-1

Schlagfestigkeit

EN 1542

Abreißversuch zur Beurteilung der Haftzugfestigkeit

EN 13 036-4

Griffigkeit/Rutschfestigkeit

EN 1062-11:2002

4.2: Verhalten nach künstlicher Bewitterung

x

x

x

x

x

x

x

x

x x

Beispiel 1: Beschichtungssystem für bewitterte Oberflächen, die nicht mechanisch oder chemisch beansprucht werden und keinem Einfluss durch Tausalze unterliegen, nach den Prinzipien 1 (IP), 1.3 (C) und 2 (MC), 2.2 (C) Beispiel 2: Beschichtungssystem für Oberflächen in Innenräumen, die mechanisch und chemisch beansprucht werden, nach den Prinzipien 1 (IP), 1.3 (C), 5 (PR), 5.1 (C) und 6 (RC), 6.1 (C) Beispiel 3: Beschichtungssystem für bewitterte Oberflächen mit Rissen, die mechanisch und gering chemisch beansprucht werden und einem Einfluss durch Tausalz unterliegen, nach den Prinzipien 1 (IP), 1.3 (C) und 5 (PR), 5.1 (C)

1.4 Auswahl geeigneter Baustoffe

13

1.4.4 Vergleich der Planungskonzepte von EN 1504 und RL-SIB Vergleicht man das Planungskonzept der EN 1504 mit dem bisher in Deutschland und vergleichbar in anderen Ländern angewendeten Konzept der RL-SIB des DAfStb, so ergeben sich folgende wesentliche Vorteile des Konzeptes der EN 1504: •

Produktauswahl nicht nach Klassen, sondern nach exaktem Eigenschaftsprofil, das für jeden Anwendungsfall individuell erstellt wird.

•

Höhere Flexibilität, Möglichkeit von Sonderlösungen für Fälle außerhalb der Standardanwendungen.

Dem stehen jedoch auch schwerwiegende Nachteile gegenüber: • Hoher Planungsaufwand mit hoher Planungsverantwortung. • Gefahr von Fehleinschätzungen und -entscheidungen durch die hohe Komplexität. Nach sorgfältigem Abwägen der Vor- und Nachteile mit allen betroffenen Gremien hat sich der zuständige Deutsche Spiegelausschuss DIN NA 005-07-06 eindeutig dafür entschieden, zunächst für die Verwendung der Produkte nach EN 1504-2,3,5 und 7 die bestehenden Regelwerke RL-SIB sowie die ZTV-ING zugrunde zu legen und die Produkte nach EN 1504-4 und 6 wie bisher über Zulassungen zu regeln, weil damit in Deutschland langjährige Erfahrungen vorliegen. Diese Vorgehensweise erfordert die Erstellung von Restnormen, die die Verwendung der Europäisch genormten Produkte mit CE-Zeichen in Deutschland regeln. Dazu sind die Restnormen DIN V 18026-28 vorgesehen (siehe Bild 1.7). Ferner müssen die Zulassungen für die Klebstoffe (EN 1504-4) und Verankerungsmörtel (EN1504-6) überarbeitet werden.

Bild 1.7: Vorgesehene Einführung der EN 1504 in Deutschland

Durch diese Vorgehensweise wird es ermöglicht, Planung und Ausführung nach den gleichen Regelungen wie bisher weiterzuführen und dazu die Europäisch genormten Produkte (CE) zu verwenden.

1

14

1

1 Einleitung

1.4.5 Restnormen und Zulassungen für die Verwendung der europäischen Produkte in Deutschland

1.4.5.1 Allgemeines Die für die Verwendung der Produkte nach EN 1504-2,3,5 und 7 erforderlichen Restnormen DIN-V 18026 bis 18028 stellen praktisch das Bindeglied zwischen den Produktteilen der EN 1504 und den bisherigen deutschen Regelwerken dar. Planung und Ausführung sowie Produktspezifizierung erfolgen weiterhin nach RL-SIB des DAfStb bzw. ZTV-ING und ZTV-W. Die ausgewählten Produkte behalten sofern möglich ihre alten Bezeichnungen und werden über Eigenschaftslisten, die in den Restnormen zusammengestellt sind, den Produktanforderungen nach EN 1504 zugeordnet. Für OS-Systeme sollen beispielsweise die Angaben auf der Verpackung und zu Begleitdokumenten neben dem CE- und Übereinstimmungszeichen mit “Oberflächenschutzsystem DIN V 18 026 OS-Nr x“ gekennzeichnet werden. Dies bedeutet, dass die bisherigen gewohnten Produktbezeichnungen weiterverwendet werden. Dadurch wird vermieden, dass auf den Baustellen Produkte nach Zusammenstellungen von Leistungsmerkmalen zu identifizieren sind. Die zwei Restnormen DIN V 18 026:2006 und DIN V 18 028:2006 wurden inzwischen veröffentlicht und bauaufsichtlich eingeführt, während die Restnorm DIN V 18 027 derzeit noch diskutiert wird.

1.4.5.2 Oberflächenschutz nach DIN V 18 026 DIN V 18 026 enthält die so genannten Deutschen Restregelungen für Oberflächenschutzsysteme für Beton aus Produkten nach DIN EN 1504-2, die bei Instandsetzungen und Schutzmaßnahen nach RL-SIB im standsicherheitsrelevanten Bereich angewendet werden dürfen. Im Gegensatz zur EN 1504-2, die die Grundlagen für die CE-Kennzeichnung der einzelnen Produkte enthält, regelt DIN V 18 026 Oberflächenschutzsysteme, die i. d. R. aus mehreren Lagen verschiedener Produkte mit bestimmten Schichtdicken bestehen. Mit der bauaufsichtlichen Einführung der DIN V 18 026:2006 im Februar 2007 wird somit zusätzlich für den standsicherheitsrelevanten Bereich zum CE-Zeichen ein Übereinstimmungszeichen (Ü-Zeichen) gefordert. Dadurch ist sichergestellt, dass die einzelnen Produkte mit CE-Zeichen für ein Oberflächenschutzsystem auch zusammen als System geprüft wurden und damit systemkompatibel sind, wie es bisher nach RL-SIB bzw. ZTV-ING der Fall ist. Die o. g. Regelungen sind in Bild 1.8 nochmals als Übersicht dargestellt. Für die nicht standsicherheitsrelevante Instandsetzung gilt für die Produkte das Konformitätsnachweisverfahren 4. Für die Anwendung in Deutschland wird in diesem Fall kein zusätzliches Ü-Zeichen verlangt. In der Restnorm DIN V 18 026:2006 werden für die Oberflächenschutzsysteme OS 1, OS 2, OS 4, OS 5a, OS 5b, OS 8, OS 9, OS 11 und OS 13 nach der RL-SIB die erforderlichen Produkt- und Systemeigenschaften nach DIN EN 1504-2:2005 angegeben. Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen sind nicht Bestandteil des Anwendungsbereiches.

1.4 Auswahl geeigneter Baustoffe

15

1

Bild 1.8: Regelungen für die Kennzeichnung der Produkte für den Oberflächenschutz im standsicherheitsrelevanten Bereich

Die Systeme OS 7 und OS 10 sind nicht in der EN 1504-2:2005 enthalten, so dass sie zunächst nicht genormt werden und wie bisher ohne CE-Zeichen weiter hergestellt und verwendet werden. Sie befinden sich weiterhin in der Bauregelliste A Teil 2. Das System OS 8 war in der überarbeiteten Fassung der RL-SIB des DAfStb herausgenommen worden, weil es in einer anderen Europäischen Norm (DIN EN 13 813) geregelt werden sollte, was jedoch nicht erfolgt ist. Vor dem Hintergrund, dass OS 8 bei fachgerechter Ausführung mit ausreichenden Schichtdicken ein durchaus bewährtes System darstellt, wurde es mit der zweiten Berichtigung zur RL-SIB 10-2001 im Dezember 2005 auf Basis der Erstfassung der RL-SIB mit den neuen Entwicklungen angepassten Anforderungen wieder aufgenommen. Somit ist es auch in DIN V 18 026 enthalten.

1.4.5.3 Mörtel und Korrosionsschutzbeschichtung der Bewehrung nach DIN V 18 027 Da die EN 1504-3 und 7 zeitlich etwa ein Jahr nach den beiden Normenteilen 2 und 5 veröffentlicht wurden, erfolgte die Erarbeitung der zugehörigen DIN V 18 027 entsprechend später als die von DIN V 18 026:2006 und DIN V 18 028:2006. Die Erstellung dieser Vornorm ist problematisch, da die Produktanforderungen nach EN 1504-3 erheblich von denen nach RLSIB abweichen. Eine Zusammenstellung der Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-3:2006, die denen der Mörtel nach RL-SIB entspricht ist daher ohne weiteres nicht möglich. Wie Mörtel mit CE-Zeichen zukünftig in Deutschland verwendet werden steht zurzeit noch nicht fest. Produkte mit noch gültigen allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnissen (abP) auf Basis der RL-SIB können weiter verwendet werden.

16

1 Einleitung

1.4.5.4 Rissfüllstoffe nach DIN V 18 028

1

Die Vornorm DIN V 18 028:2006 regelt Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5:2005 mit besonderen Eigenschaften. Analog zu den Oberflächenschutzsystemen müssen die Produkte neben dem CE-Zeichen für die Deutschen Restregelungen ein Ü-Zeichen tragen. Als Rissfüllstoffe werden dabei allgemein Stoffe zum Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen in Betonbauteilen bezeichnet. DIN V 18 028:2006 enthält zusätzliche Festlegungen für Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5:2005, um diese bei Instandsetzungen und Schutzmaßnahmen nach RL-SIB anwenden zu können. Für Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5 wird der Nachweis der „Resteigenschaften“ „dehnungsabhängige Dichtheit unter dynamischer Beanspruchung“ und „Korrosionsverhalten“ in der nationalen Restnorm DIN V 18 028:2006 geregelt. Die Restnorm fordert die Nachweise der DIN EN 1504-5 ein, die im Annex ZA nicht aufgeführt sind und daher nicht durch die CE-Kennzeichnung belegt sind. Ergänzend werden Festlegungen für Polyurethanschaum (SPUR) getroffen. Die in DIN EN 1504-5:2005 enthaltenen quellfähigen Stoffe (Acrylatgele) sind nicht in DIN V 18 028:2006 enthalten, da sie in den bisherigen Deutschen Regelwerken ebenfalls ausgeschlossen waren. Die Verwendung der quellfähigen Stoffe für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen wird im Zuge der nun anstehenden Überarbeitung der RL-SIB diskutiert werden. Allerdings zeigen neuere Untersuchungen, dass Acrylatgele im Kontakt zum Stahl beispielsweise in Kiesnestern keinen Korrosionsschutz bieten können /Rau07b/, so dass bei deren Verwendung ein Kontakt zur Bewehrung voraussichtlich ausgeschlossen werden muss. Dies betrifft nicht den Einsatz in unbewehrtem Beton oder im Erdboden, z. B. bei Schleierinjektionen.

1.4.5.5 Kleber für Verstärkungen und Stoffe für die Verankerung von Bewehrungsstäben nach Zulassungen Die Verwendung der Kleber für Verstärkungen nach DIN EN 1504-4 und so genannter Ankermörtel nach DIN EN 1504-6 wird in Deutschland wie bisher über nationale Zulassungen oder gegebenenfalls über Europäische Zulassungen geregelt. Sie werden daher nicht in die o. g. Regelwerke für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen integriert.

1.4.6 Qualitätssicherung der Ausführung Ausführung und Qualitätssicherung der Ausführung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen sind in DIN EN 1504-10:2004 geregelt. Abschnitt 9 dieser Norm enthält eine Auflistung von insgesamt 45 Prüfungen, die für die Qualitätssicherung der Ausführung nach den verschiedenen Methoden nach DIN V ENV 1504-9:2001 angewendet werden. Anhang A.9 der DIN EN 1504-10:2004 enthält Erläuterungen zur Qualitätssicherung der Ausführung. Die Regelungen sind allerdings sehr allgemein gefasst. Für die Ausführung und Qualitätssicherung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen gelten derzeit noch RL-SIB, ZTV-ING bzw. ZTV-W. Im Zuge der Überarbeitung der RL-SIB wird derzeit beraten, wie Ausführung und Qualitätssicherung zukünftig in Deutschland geregelt werden. Da das Ergebnis erst in ca. 2-3 Jahren vorliegen wird, wird hier auf weitergehende Ausführungen verzichtet.

1.5 Rolle der Baustoffe

17

1.5 Rolle der Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen

1

1.5 Rolle der Baustoffe

Erhebungen über die Qualität von Instandsetzungsmaßnahmen haben ergeben, dass bereits unmittelbar nach der Ausführung 25 % der Instandsetzungen aufgrund erheblicher Mängel nennenswerte Nachbesserungen erfordern. Weitere 25 % der Instandsetzungen weisen geringe Schäden wie kleine Risse auf, die noch keine erneute Maßnahme erfordern. Lediglich die verbleibenden 50 % weisen keine Anzeichen von Schäden auf. Weiterhin zeigen die Erhebungen, dass ältere Instandsetzungen ebenfalls erhebliche Unzulänglichkeiten aufweisen: Während 5 Jahre nach der Instandsetzung noch ca. 80 % der Maßnahmen zufriedenstellend waren, waren es nach 10 Jahren nur noch 30 % und nach 25 Jahren lediglich 10 %. Häufigste Schäden an den Instandsetzungen sind erneute Bewehrungskorrosion, Risse und Enthaftungen /BRE04/. Neben der Fehldiagnose der ursprünglichen Schadensursache sowie einer falschen Planung der Instandsetzung sind die Auswahl ungeeigneter Materialien und unzureichende Ausführungsqualität die wesentlichen Schadensursachen /BRE04/. Die Auswahl und der fachgerechte Einsatz der Materialien nimmt somit eine zentrale Rolle bei der erfolgreichen Durchführung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen ein. Die Auswahl der Materialien muss unter Berücksichtigung der Randbedingungen am Bauteil, der Materialeigenschaften und Kompatibilität mit anderen am Bauteil eingesetzten Baustoffen erfolgen. Erst nach Sicherstellung dieser Faktoren, sollte ein Preisvergleich stattfinden. Die Struktur der EN 1504 mit Optionen, Prinzipien und Methoden regelt die Produktauswahl über Eigenschaftslisten (siehe Abschnitt 1.4). Dies ermöglicht, dass Produkte projektbezogen nach Leistungsmerkmalen definiert und hergestellt werden. Diese Ausführungen verdeutlichen, dass neben dem Produkthersteller sowohl der Planer als auch das ausführende Unternehmen ein fundiertes Wissen über die Baustoffe zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen benötigt. Denn nur wenn die Funktionsweise der Baustoffe verstanden wird, ist die Auswahl und Kombination unterschiedlicher Baustoffe mit verschiedenen definierten Leistungsmerkmalen sowie die Berücksichtigung von Bauteilrandbedingungen und Witterungen möglich. Bild 1.9 verdeutlicht die Rolle der Baustoffe für die an Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen Beteiligten. Dieses Buch beinhaltet neben der Beschreibung der Materialien und Baustoffe zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen Angaben zu den Aufgaben von Baustoffherstellern sowie ausführenden Unternehmen (dunkel hinterlegter Bereich in Bild 1.9), während die Zustandserfassung und Planung in einem weiteren Buch /Rau08/ behandelt wird.

18

1 Einleitung

1

Bild 1.9: Die Rolle der Baustoffe für die an Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen Beteiligten

1.6 Übersicht über verwendete Baustoffe sowie der Gliederung des Buches 1.6 Übersicht

Wesentliche Baustoffe zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen sind: •

Instandsetzungsmörtel und Instandsetzungsbetone

•

Rissfüllstoffe

•

Hydrophobierungen

•

Versiegelungen

•

Beschichtungen

•

Stoffe für den Korrosionsschutz der Bewehrung

•

Fugenmaterialien

•

Verankerungsmörtel

•

Kohlefaserlamellen und zugehörige Kleber

Die Materialien aus denen diese Baustoffe bestehen sind im Wesentlichen: •

Epoxidharze

•

Polyurethane

•

Acrylharze

•

Silicone

1.6 Übersicht

•

Acrylatgele

•

Dispersionen

•

Zemente / Gesteinskörnungen

•

sowie zahlreiche Zusatzstoffe, Zusatzmittel, Pigmente oder Füllstoffe.

Im Rahmen dieses Buches wird im Kapitel 2 kurz die Beschaffenheit des oberflächennahen Stahlbetons erläutert, da dieser die Grundlage folgender Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen darstellt. Es werden Eigenschaften und Prüfverfahren erläutert, um den Zustand des Betonuntergrundes vor der Applikation von Schutz- und Instandsetzungsstoffen zu beurteilen. Jeder eingesetzte Baustoff muss an einem anderen Baustoff haften, daher werden im Kapitel 3 die Grundlagen der Adhäsion zwischen Baustoffen beschrieben. Hierbei werden zunächst allgemeine Grundlagen, aber darauf aufbauend auch Probleme und Konsequenzen für die Ausführung beschrieben. Im Abschnitt 4 werden die oben genannten Materialien behandelt, um die Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen zu erläutern zu können. In den Abschnitten 5, 6, 7 und 8 werden die Eigenschaften, Anwendungsbereiche sowie die Verarbeitung und der Einsatz der Baustoffe dargestellt. Die beschriebenen Baustoffe sind schließlich nach europäisch genormten Prüfverfahren zu prüfen. Diese Prüfverfahren werden in Abschnitt 9 erläutert. Das Buch schließt mit einem Ausblick auf zukünftige Entwicklungen ab.

19

1

2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

2.1 Allgemeines Die Berücksichtigung der Eigenschaften der Betonrandzone eines Stahlbetonbauteils ist eine grundlegende Voraussetzung für den Erfolg einer Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme. Dies ist zum einen mit der erforderlichen Adhäsion zwischen Altbeton und Instandsetzungsmaterial aber auch mit der Materialkompatibilität zu begründen. Entsprechend den nachfolgenden Erläuterungen ist die Betonrandzone jedoch ständigen Veränderungen unterworfen. Somit sind zur Planung und erfolgreichen Durchführung einer Instandsetzungsmaßnahme detaillierte Kenntnisse über die aktuell vorliegende Betonrandzone erforderlich. Folgende Aspekte sollten bei der Zustandsbeurteilung der Betonrandzone vor einer Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme überprüft werden: • Zusammensetzung des oberflächennahen Betons – augenscheinliche Beschaffenheit, • Oberflächenzugfestigkeit, • Feuchtegehalt, • Wasseraufnahme, • Benetzbarkeit der Betonoberfläche, • Risse, • Oberflächenrauheit, • Betondeckung, Lage und Durchmesser der Bewehrung, • Karbonatisierungstiefe, • Chloridverteilung, • Kiesnester, Hohlstellen und Abplatzungen. Nachfolgend werden diese Aspekte weitergehend beschrieben und Untersuchungsmethoden, die insbesondere am Bauwerk eingesetzt werden können, erläutert. Auf die Methoden zur Bestimmung von Betondeckung, Lage und Durchmesser der Bewehrung wird nicht näher eingegangen, da diese Parameter für die Beurteilung der Betonoberfläche nur indirekt über eine mögliche Korrosionsgefährdung oder statische Belange relevant sind. Näheres hierzu kann /Rau08/ entnommen werden.

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

21

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons Die Zusammensetzung der Betonoberfläche wird von material- und bauteilspezifischen Einflüssen bestimmt. Während des Herstellprozesses sind diese im Wesentlichen die Kornverteilung in der Randzone, die Entmischung und die Nachbehandlung. Kornverteilung in der Randzone: Die Verteilung der Gesteinskörnung ist in den Betonrandzonen anders als im Betonkern. Der Gehalt an Gesteinskörnung ist in der Randzone reduziert, während der Feinmörtel- bzw. Zementsteingehalt entsprechend ansteigt. Erst in einem Abstand von der Betonoberfläche, der dem rund 1,3 bis 1,6-fachen Größtkorndurchmesser entspricht, beginnt der gleichmäßig aufgebaute Kernbeton /Schu84/. Dies bedingt eine gegenüber dem Kernbereich geringere Zugfestigkeit. Entmischung: Da im Randbereich infolge des feinteilreichen Kornaufbaus eine größere Beweglichkeit des Feinmörtels vorliegt, kommt es häufig zu Entmischungsvorgängen. Zudem rücken die festen Betonbestandteile durch das Verdichten dichter zusammen und verdrängen Wasser. Entmischungen des Zementleims (Bluten) führen zu örtlichen Unterschieden des Wasser-ZementWertes. Mit Wasser angereicherte Schichten entstehen, ähnlich wie Feinmörtelausscheidungen, bevorzugt an der freien Betonoberfläche bzw. an den Schalseiten. Diese Schichten besitzen nach dem Erhärten infolge relativ großer Porosität nur geringe Festigkeiten. Die Absonderung von Mörtelschlämpe an einer frisch eingebauten Betonoberfläche wird maßgeblich von der Konsistenz und der Betonzusammensetzung beeinflusst. Dabei wirken sich neben dem Mehlkorngehalt der Gesteinskörnung insbesondere die Zementarten in Kombination mit Betonzusatzmitteln aus /Bre06/. Bild 2.1 zeigt für einen Standardbeton der Festigkeitsklasse C25/30 mit Portlandzement die Dicke der abgesonderten Feinmörtelschicht bei unterschiedlichen Konsistenzen und Fließmitteln. Ab einer Konsistenzklasse F4 wurde eine Absonderung des Feinmörtels festgestellt. Bei sehr weicher bis fließfähiger Konsistenz (F5) wies der Beton mit dem Fließmittel auf Polycarboxylatetherbasis die geringste Entmischung auf. Des Weiteren zeigte Breitenbücher /Bre06/, dass Portlandzemente verschiedener Herkunft und damit anderer chemischer Zusammensetzung unterschiedliche Sedimentationsneigungen des Betons hervorrufen. Tendenziell stieg mit zunehmendem Alkaligehalt des Zementes die Feinmörtelschichtdicke. Da Zonen mit Feinmörtelanreicherung stärker schwinden als der normal zusammengesetzte Kernbeton, erhöht sich die Rissneigung. Zusätzlich ist der Beton trotz guter Verdichtung in der obersten Schicht weniger verdichtet und damit poröser als der Kernbeton, weil die Auflast durch weitere Schichten fehlt /Schu84/. Austrocknung, Frosteinwirkung im jungen Alter: Eine frühzeitige Austrocknung der Betonrandzonen bedingt ebenso wie Frosteinwirkungen im jungen Alter eine temporäre Unterbrechung der Hydratation, was zu einer Beeinträchtigung der Endfestigkeit führt. Art und Intensität der Nachbehandlung bestimmen bei allen Betonbauteilen die Qualität der Randzone in entscheidendem Maße mit. Die Qualität der Betonoberfläche wird jedoch auch noch durch • die Größenverteilung der Gesteinskörnung und dem Mehlkorngehalt, • die Temperatur des Anmachwassers, • die Art und Menge von Betonzusatzmittel,

2

22

2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

2

Bild 2.1: Dicke der abgesonderten Feinmörtelschicht für Betone mit Portlandzement bei unterschiedlichen Konsistenzen und Fließmitteln /Bre06/

• die Art der Schalung und deren Aussteifung, • die Art und Menge von Entschalmitteln, • die Art der Betoneinbringung und • die Verdichtungsmethode bestimmt. Häufig kann trotz fachgerechten Verdichtens des Betons und optimaler Mischungszusammensetzung eine Wasser- und Feinmörtelanreicherung an der Betonoberfläche nicht ganz verhindert werden. Bei stark beanspruchten Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit (Industriefußböden, Parkdecks, Eis- und Rollschuhbahnen etc.) sind zusätzliche Bearbeitungsschritte bzw. Verfahrenstechniken wie Abziehen mit Rüttelbohle, Vakuumbehandlung oder Glätten üblich. Die augenscheinliche Beurteilung der Betonrandzone hinsichtlich Feinmörtelanreicherung kann durch die Entnahme von Bohrkernen mit geringen Durchmessern und die Betrachtung der Haftzugstempel nach Oberflächenzugversuchen (Abschnitt 2.3) unterstützt werden. Die Porosität wird im Wesentlichen anhand mikroskopischer Methoden (Lichtmikroskop, Rasterelektronenmikroskop, Transmissionselektronenmikroskop), Wasseraufnahme und Quecksilber(Hg)-Druckporosimetrie untersucht. Überwiegend wird die Quecksilber(Hg)-Druckporosimetrie zur Bestimmung der Porenradienverteilung eingesetzt. Sie arbeitet nach dem Prinzip der druckabhängigen Quecksiberintrusion.

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

23

Quecksilber ist eine nicht benetzende Flüssigkeit, mit einem Kontaktwinkel zu dem Feststoff größer 90°. Insofern kann Quecksilber nur unter Druck in die Poren eindringen. Dementsprechend wird Quecksilber in eine poröse Probe eingepresst und für jede Druckstufe wird das von der Probe aufgenommene Quecksilbervolumen VHg als Funktion des aufgewendeten Drucks pa registriert. Der Porenradius rp kann dann nach der Gleichung von Washburn mit der vereinfachenden Annahme zylinderförmiger Poren ermittelt werden. Mit dieser Methode werden jedoch nur zugängliche Poren mit einem Porenradius von etwa 2 nm bis 200 μm erfasst.

2

2.3 Oberflächenzugfestigkeit Die Oberflächenzugfestigkeit ist ein Maß für die Kohäsion der Betonrandzone unter Zugbeanspruchung. Sie ist als maximale Zugkraft (Abzug- bzw. Abreißkraft) bezogen auf die Fläche eines auf die Betonoberfläche geklebten Prüfstempels definiert. Der Wert erlaubt Aussagen zur mechanischen Beschaffenheit der Betonoberfläche und zu möglichen Instandsetzungsmaßnahmen. Aufgrund der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Zusammensetzung der Betonrandzone ist die Oberflächenzugfestigkeit geringer als die Zugfestigkeit des Kernbetons. Zusätzlich weisen die ermittelten Oberflächenzugfestigkeiten eines Betonbauteils große Streuungen auf. Die Instandsetzungsrichtlinie RL-SIB /DAfStb01/ fordert für Betonkörper, die zur Durchführung von Untersuchungen hergestellt werden, eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit bei fünf Einzelwerten je Probekörper von mindestens 3,0 N/mm²; der kleinste Einzelwert muss mindestens 2,0 N/mm² betragen. Die RL-SIB fordert in Abhängigkeit von der geplanten Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme die in Tabelle 2.1 dargestellten Oberflächenzugfestigkeiten des Betonuntergrundes. Werden die Anforderungen an die Oberflächenzugfestigkeit nach Tabelle 2.1 nicht erfüllt, ist zu untersuchen, ob und auf welche Weise der geforderte Zustand erreicht werden kann (siehe Abschnitt 3.4.3). Um den zu erwartenden üblichen Streuungen Rechnung zu tragen, ist neben dem Mittelwert auch der kleinste Einzelwert anzugeben. Die Kriterien für die Prüfhäufigkeit sind in den Tabellen 2.2 und 2.3 wiedergegeben, Während nach ZTV-ING die Einzelprüfungen einer Prüfserie grundsätzlich gleichmäßig verteilt sind, erfolgt die Festlegung gemäß RL-SIB durch den sachkundigen Planer. Tab. 2.1: Geforderte Oberflächenzugfestigkeiten ft,s des Untergrundes nach RL-SIB Schutz- bzw. Instandsetzungsmaßnahme: Örtliche Ausbesserung bzw. flächige Beschichtung

Mindestwerte der Oberflächenzugfestigkeit in N/mm² Mittelwert

kleinster Einzelwert

Mörtel und Beton

1,5

1,0

OS 2 (OS B)

0,8

0,5

OS 5 (ohne Feinspachtel) (OS D)

1,0

0,6

OS 4 (OS C), OS 5 (OS D), OS 9 (mit Feinspachtel) (OS E)

1,3

0,8

OS 11 (OS F), OS 13

1,5

1,0

OS 8

2,0

1,5

24

2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

Tab. 2.2: Umfang und Häufigkeit der Oberflächenzugfestigkeitsprüfungen nach RL-SIB Schutz- bzw. Instandsetzungsmaßnahme Beton BII nach DIN 1045

a

> 50 m²; 3 Einzelprüfungen

Spritzbeton BII nach DIN 18 551

2

b

SPCC, PCC, Zementmörtel, PC und OS a

Prüfung des Betonuntergrunds

> 250 m²; 3 Einzelprüfungen je angefangene 250 m²

Eigenüberwachung nach DIN 1045. Eigenüberwachung nach DIN 18 551.

b

Tab. 2.3: Umfang und Häufigkeit der Oberflächenzugfestigkeitsprüfungen nach ZTV-ING /ZTV03/ Schutz- bzw. Instandsetzungsmaßnahme

Prüfung des Betonuntergrunds

Betonfahrbahnplatten

nach Fertigstellung der Vorbereitung je angefangene 1000 m² Einbaufläche 9 Abreißversuche, bei Vorbereitung durch Stemmen je angefangene 250 m² Einbaufläche 6 Abreißversuche

andere Betonunterlagen die Prüfung entfällt bei

a

a

je angefangene 500 m² Einbaufläche 6 Abreißversuche •

 50 m² Gesamteinbaufläche, wenn sich die Gesamteinbaufläche aus mehreren Einzelflächen zusammensetzt

•

 250 m² Gesamteinbaufläche von Beschichtungen

•

Hydrophobierungen

Es sei denn, in der Leistungsbeschreibung ist etwas anderes angegeben.

Bild 2.2 zeigt das Versuchsprinzip und die unterschiedliche Bedeutung der Begriffe Oberflächenzugfestigkeit und Haftzugfestigkeit.

Bild 2.2: Die unterschiedliche Bedeutung der Begriffe Oberflächenzugfestigkeit (Abreißfestigkeit) und Haftzugfestigkeit /Mom06/

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

25

2

Bild 2.3: Prüfbestimmungen nach DIN 1048-2: Anforderungen an die Lage der Prüffläche /Mom06/

Die Durchführung der Oberflächenzugprüfung ist in DIN 1048-2:1991 geregelt. Die europäische Norm DIN EN 1542:1999 regelt die Ermittlung der Haftzugfestigkeit. Die RL-SIB verweist auf beide Normen und nimmt hinsichtlich des Prüfverfahrens keine Differenzierung zwischen Oberflächenzugfestigkeit und Haftzugfestigkeit vor. Im Gegensatz zur DIN 10482:1991 schreibt die RL-SIB zur Prüfung der Haftzugfestigkeit explizit das Bohren einer Ringnut bis in eine Tiefe von 10 mm in den Betonuntergrund vor. Die Mindestdicke des Prüfstempels muss 25 mm bei einem Prüfstempeldurchmesser von 50 mm ± 2 mm betragen. Im Folgenden wird die Vorgehensweise nach RL-SIB kurz beschrieben: •

Bohren einer Ringnut mit 50 mm Durchmesser.

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2

2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

•

Aufkleben zylindrischer Stahlstempel (Durchmesser 50 mm, Höhe  25 mm) auf die Betonoberfläche.

•

Aufsetzen des Haftzuggerätes nach der Aushärtezeit des Klebers und Abziehen der Stahlstempel mit einer Laststeigerungsrate von 100 N/s.

•

Ermittlung der Oberflächenzugfestigkeit anhand der Maximalkraft und der Fläche der Stahlstempel in N/mm².

In den Bildern 2.3 und 2.4 sind die Anforderungen an die Prüfung nach DIN 1048-2:1991 dargestellt. Die Anforderungen der Norm beinhalten die oben beschriebenen Anforderungen der RL-SIB.

Bild 2.4: Prüfbestimmungen nach DIN 1048-2: Anforderungen an die Prüfstempel und Vorbereitung der Prüfflächen /Mom06/

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

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Durch das Vorbohren der Prüfflächen (Ringnut) entstehen ein gleichmäßigerer Spannungszustand und eine definierte Bezugsfläche, die zur Ermittlung der Festigkeit verwendet werden kann. Bild 2.5 verdeutlicht den Einfluss der Ringnut auf das Bruchverhalten.

2

Bild 2.5: Auswirkungen der Prüfflächenvorbereitung auf das Bruchverhalten /Mom06/

Oberflächenzugprüfungen sind in mehreren Stadien einer Instandsetzungsmaßnahme erforderlich: • Bestimmung des Ist-Zustandes bzw. Bestandsaufnahme • Nach der Untergrundvorbereitung und vor Beginn der Ausbesserungs-, Beschichtungsbzw. Belagsarbeiten • Nach der Applikation von Betonersatzsystemen und/oder Oberflächenschutzsystemen

2.4 Bestimmung des Feuchtegehaltes in der Betonrandzone 2.4.1 Allgemeines Die Bestimmung des Feuchtezustandes im Beton hat sowohl für die Beurteilung von Schädigungsmechanismen als auch für die Festlegung geeigneter Instandsetzungsverfahren und die Ausführung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen eine zentrale Bedeutung. Da der Wassergehalt von einer Vielzahl an Parametern, wie z. B. Zementgehalt, Wasserzementwert und Porenvolumen, abhängt, ist die Angabe allgemeiner Zahlenwerte als Grenzwerte nicht möglich (siehe Abschnitt 3.4.2).

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

Bei den Verfahren zur Bestimmung des Wassergehaltes muss zwischen direkten und indirekten Methoden unterschieden werden. Direkte Methoden geben ohne weitere Kalibriermessung die Baufeuchte quantitativ an (Darr- und CM-Methode). Zu den indirekten Methoden zählen praktisch alle weiteren Verfahren. Zur Bestimmung des Wassergehaltes ist in diesen Fällen eine für jedes Projekt individuelle Kalibrierung erforderlich. Weitere Verfahren wie der Folientest ergeben keinen quantitativen Messwert sondern nur eine qualitative Aussage zur Einstufung des Feuchtegehaltes. Nach /Les03/ lassen sich die Feuchtemessverfahren für Baustoffe wie in Tabelle 2.4 dargestellt in verschiedene Methoden einteilen. Tab. 2.4: Übersicht über die Verfahren zur Feuchtemessung an Baustoffen nach /Les03/ Messprinzip

Verfahren/Messgröße

Gravimetrisch

Trocknung Dampfdrucksenkung

Chemisch

Calcium-Carbid-Methode Karl-Fischer-Tinktur

Thermometrisch

Wärmeleitfähigkeit Infrarot

Hygrometrisch

Ausgleichsfeuchte

Elektrisch, Frequenz < 100 MHz

Leitfähigkeit Kapazität

Elektrisch, Frequenz > 100 MHz

Mikrowellen

Kernphysikalisch mit Emission

Gamma Strahlen

ionisierender Strahlung

Röntgenstrahlen Neutronenstrahlen

Kernphysikalisch ohne Emission ionisierender Strahlung

Magnetische Kernresonanz NMR

2.4.2 Klassifizierung der Betonfeuchte und Folientest nach RL-SIB Die Betonfeuchte wird nach RL-SIB wie folgt eingeteilt: „trocken“: Eine rd. 2 cm tiefe, frisch hergestellte Bruchfläche darf (infolge Austrocknens) nicht augenscheinlich heller werden. Unter einer am Rand aufgeklebten PE-Folie (500 mm · 500 mm) darf über Nacht keine Dunkelfärbung des Betons und keine Kondensation von Feuchtigkeit auftreten. „feucht“: Die Oberfläche hat ein mattfeuchtes Aussehen, darf aber keinen glänzenden Wasserfilm aufweisen; das Porensystem des Betonuntergrundes darf nicht wassergesättigt sein, d. h. aufgebrachte Wassertropfen müssen eingesogen werden und nach kurzer Zeit muss die Oberfläche wieder matt erscheinen. Der Feuchtegehalt kann mit der CM-Methode bzw. durch Darren bei 105 °C genauer bestimmt und mit dem in den Angaben zur Ausführung angegebenen zulässigen Wert verglichen werden. „nass“: Das Porensystem des Betonunteruntergrundes ist wassergesättigt; die Betonoberfläche wirkt glänzend, weist jedoch keinen tropfbaren Wasserfilm auf.

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2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

Auf diese Feuchtedefinitionen wird in der RL-SIB für die Festlegung des erforderlichen Feuchtegehaltes des Betons beim Applizieren von Mörteln oder Oberflächenschutzsystemen Bezug genommen. In einer Fußnote der RL-SIB wird angemerkt, dass der zulässige Wassergehalt u. a. vom Zementgehalt, Wasserzementwert und Porenvolumen abhängt. Ein fester Prozentsatz lässt sich nicht angeben. Für Bewertung und Zuordnung ist eine besondere Sachkenntnis erforderlich.

2.4.3 Feuchtezustand von Rissen und Hohlräumen nach RL-SIB Für die Bewertung des Feuchtezustandes von Rissen und Hohlräumen gibt die RL-SIB vier Klassen an, die durch typische Merkmale beschrieben werden. Tabelle 2.5 fasst die vier Klassen zusammen. Die Bilder 2.6 bis 2.9 zeigen anhand von Fotos Beispiele für die vier Klassen. Tab. 2.5: Feuchtezustand von Rissen und Hohlräumen nach RL-SIB /DAfStb01/ Begriff

Merkmal

Trocken mit umgebungsbedingter Ausgleichsfeuchte

• Wasserzutritt nicht möglich.

Feucht

• Farbtonveränderung im Riss oder Hohlraumbereich durch Wasser, jedoch kein Wasseraustritt.

• Beeinflussung des Riss/Hohlraumbereiches durch Wasser nicht feststellbar bzw. seit ausreichend langer Zeit ausschließbar

• Anzeichen auf Wasseraustritt in der unmittelbar zurückliegenden Zeit (z. B. Aussinterungen, Kalkfahnen). • Riss oder Hohlraum erkennbar feucht oder matt-feucht (beurteilt an Trockenbohrkernen). Drucklos, wasserführend

• Wasser in feinen Tröpfchen im Rissbereich erkennbar.

Unter Druck, wasserführend

• Zusammenhängender Wasserstrom tritt aus dem Riss aus.

• Wasser perlt aus dem Riss.

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

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Bild 2.6: Beispiel für einen trockenen Riss (überdacht)

Bild 2.7: Beispiel für einen feuchten Riss mit Kalkfahne

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

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Bild 2.8: Beispiel für einen drucklos wasserführenden Riss

Bild 2.9: Beispiel für wasserführende Risse mit geringem Wasserdruck

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

2.4.4 Der Darr-Versuch als direkte Methode zur Ermittlung des Wassergehaltes

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Bei der Darr-Methode handelt es sich um eine nicht zerstörungsfreie Methode, die jedoch einen absoluten Feuchtewert liefert. Weitere Parameter wie die erforderliche Anzahl der Proben sind in werkstoffspezifischen Normen (z. B. DIN EN ISO 12 570:1996-8) festgelegt. Es handelt sich bei der Darr-Methode um eine relativ kostengünstige Methode. Sie stellt von allen Methoden die genaueste dar, wird jedoch in der Regel nicht auf der Baustelle durchgeführt. Zwar ist der technische Aufwand gering, jedoch nimmt eine Messung in der Regel mehrere Tage in Anspruch, je nachdem wie schnell der Baustoff das nicht chemisch gebundene Wasser abgibt. Das Probenmaterial, das dem Bauteil ohne Wärmeentwicklung (s. u.) entnommen wurde, wird zunächst feucht gewogen. Anschließend wird der Feuchtegehalt als auf die Ausgangsmasse bezogener Masseverlust nach Trocknung bestimmt, die bis zur Gewichtskonstanz bei 105 °C durchgeführt wurde. Bereits bei der Probenahme ist darauf zu achten, dass keine Feuchtigkeit aus der Probe entweicht (z. B. durch Wärmeentwicklung bei der Bohrkernentnahme). Ebenso muss die Probe bis zur weiteren Verarbeitung durch wasserdampfdichtes Verpacken gegen Ausdunsten geschützt sein. Es ist durch Probenahme aus unterschiedlichen Tiefen möglich, ein Tiefenprofil zu erstellen. So kann ggf. auf die Ursache der Feuchtebelastung geschlossen werden, z. B. bei rückseitiger Durchfeuchtung. Als Ergebnis wird ein Absolutwert für den Wassergehalt erhalten. Für die Ermittlung des Sättigungsgrades muss zusätzlich der Wassergehalt des Betons bei Wassersättigung bekannt sein, der von den betontechnologischen Eigenschaften des Bauteils abhängt. Es wird empfohlen die Darr-Methode zur Ermittlung von Referenzwerten für alle weiteren Methoden heranzuziehen. Nach Kalibrierung eines zerstörungsfreien Messverfahrens kann mit diesem auch eine größere Anzahl Messwerte aufgenommen werden, was zu einer genaueren Einschätzung der Feuchteverteilung einer größeren Betonfläche führt, sofern von den gleichen Betoneigenschaften ausgegangen werden kann.

2.4.5 Der CM-Test Der CM-Test ist eine relativ kostengünstige Methode, die sehr weit verbreitet ist. Der Messaufwand ist gering und eine Messung dauert nur ca. 15 min. Calciumcarbid (CaC2) reagiert sehr schnell mit Wasser unter Bildung von Acetylen-Gas (C2H2). Die Reaktionsgleichung ist folgend dargestellt: CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 +C2H2 Bei der Reaktion wird lediglich nicht chemisch gebundenes Wasser umgesetzt. Das entstehende Gasvolumen ist direkt der Menge des umgesetzten Wassers proportional und wird über Druckmessung bei entsprechender Einwaage in sog. CM.-% angezeigt. Es werden gegenüber der Darrmethode niedrigere Wassergehalte erhalten, daher ist hier die Einheit CM.-% zu verwenden. Die Differenz kann zwischen 0,5 M.-% und 2 M.-% liegen und beträgt i. d. R. etwa 1 – 1,5 M.-%. Bild 2.10 verdeutlicht schematisch das Vorgehen: Die repräsentative Probenmenge wird zerkleinert, gewogen und zusammen mit einer definierten Menge an Calciumcarbid in einer Glasampulle mit Stahlkugel in eine Druckflasche eingefüllt. Die geschlossene Druckflasche wird geschüttelt, die Glasampulle zerstört und die daraus resultierende Acetylenbildung sorgt für einen Überdruck im Behälter. Dieser wird am Manometer abgelesen. Aus der Einwaage und

2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

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dem Überdruck wird gerätespezifisch mit Hilfe von Umrechnungstabellen der Wassergehalt der Einwaage in M.-% ermittelt. Eine Kalibrierung ist nicht notwendig, falls alle Angaben in CM-% angegeben werden. Die Tiefenauflösung hängt, wie bei der Darr-Methode, von der Genauigkeit der Probenahme (z. B. Bohren) ab. Es gibt in der Literatur verschiedene Ansätze CM-% in Feuchtegehalt nach Darr (Darr-%) umzurechnen: CM-Gew.-% + 1,8 % = Darr-Gew.-% nach /Rhe03/ CM-Gew.-% + 1,5 % = Darr-Gew.-% nach /Schn85/ In „Darr-%“ umgerechnete Werte müssen somit kritisch betrachtet werden. Es ist eine Kalibrierung in Erwägung zu ziehen, wenn ein Vergleich zwischen CM-Werten und Feuchtegehalten mittels Darr-Methode gefordert wird.

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Bild 2.10: Prinzipskizze zum CM-Gerät

2.4.6 Feuchtemessgeräte Für die Bestimmung des Wassergehaltes im Beton sind zahlreiche Messgeräte verfügbar, die nach den in Tabelle 2.5 beschriebenen Prinzipien arbeiten und hier nicht im Einzelnen behandelt werden können. Häufig wird ein Messkopf auf die Betonoberfläche gehalten und ein Wassergehaltswert in digitaler Form mit hoher Genauigkeit angezeigt. Insbesondere bei starken Gradienten des Wassergehaltes über die Betontiefe können jedoch mehr oder weniger starke

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

Abweichungen von den tatsächlichen Wassergehalten auftreten. Zur Verifizierung der Messergebnisse empfiehlt sich daher grundsätzlich eine Kalibrierung mit einem quantitativen Verfahren, z. B. einer Darrprobe.

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2.5 Wasseraufnahme 2.5.1 Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme nach Karsten Die Wasseraufnahme nach Karsten wird zerstörungsfrei mit einem so genannten Karstenrohr am Bauteil bestimmt (siehe Bild 2.11). Das Karstenrohr besteht aus einer Glasglocke mit einem Durchmesser von 30 oder 35 mm und einem angesetzten Glasrohr mit einer maximalen Füllmenge von 10 ml, was 10 cm Wassersäule entspricht. Es gibt sowohl eine Ausführung für waagerechte als auch eine für horizontale Flächen. Zur Durchführung des Versuches wird das Karstenrohr mit einer elastischen Dichtmasse an der zu prüfenden Fläche befestigt. Die Dichtmasse ist nach jeder Messung zu erneuern. Beim Anbringen des Rohres auf die Bauteiloberfläche ist die Dichtmasse so anzubringen, dass die Prüffläche annähernd konstant ist und keine Unterläufigkeiten entstehen. Aufgrund des inhomogenen Betons ist für ein repräsentatives Messergebnis eine große Anzahl an Einzelprüfungen erforderlich.

Bild 2.11: Wasseraufnahme-Prüfung nach Karsten

2.5.2 Bestimmung der Wasseraufnahme an am Bauwerk entnommenen Proben

2.5.2.1 Bestimmung der Wasseraufnahme unter atmosphärischem Druck Zur Bestimmung der Wasseraufnahme von Betonen unter atmosphärischem Druck in Anlehnung an DIN EN 13 755:2002 ist ein repräsentatives Probenvolumen (z. B. drei Bohrkerne mit einem Durchmesser größer gleich dem 3fachen der größten Gesteinskörnung) erforderlich. Die Proben werden auf Abstandshalter in einen Behälter eingesetzt. Dieser Behälter wird zunächst mit Leitungswasser bis zur halben Höhe der Probekörper gefüllt. In zwei Etappen wird Wasser

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2.2 Zusammensetzung des oberflächennahen Betons

nachgefüllt, bis die Proben vollständig mit Wasser überdeckt sind. Nach 48 h sind die Probekörper aus dem Wasser zu nehmen, zügig mit einem feuchten Tuch abzuwischen und anschließend auf 0,01 g zu wägen. Anschließend werden die Proben wieder in das Wasser eingetaucht. Alle 24 h erfolgt das erneute Entnehmen aus dem Wasser, Abwischen mit einem feuchten Tuch und Wägen. Die Prüfung wird bis zum Erreichen der Massenkonstanz, d. h. die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Wägungen beträgt nicht mehr als 0,1 % der Probekörpermasse, fortzuführen. Das Ergebnis der letzten Wägung ist die Masse des gesättigten Probekörpers ms. Vor oder im Anschluss an der Wasserlagerung wird die Probe bei 105 °C bis zur Massenkonstanz getrocknet, um die Trockenmasse md zu ermitteln. Die massenbezogene Wasseraufnahme bei atmosphärischem Druck Ab jedes Probekörpers kann dann anhand der Gleichung 2.1 berechnet werden. Ab =

ms − md ⋅ 100 [ M .− %] md

Gleichung 2.1

Anhand der Rohdichte der Proben kann mittels Gleichung 2.2 auch die volumenbezogene Wasseraufnahme bei atmosphärischem Druck AV,b ermittelt werden. Die Wasseraufnahme in Volumenprozent ermöglicht Rückschlüsse zum Kapillarporengefüge. AV ,b =

(ms − md ) ρP ⋅ ⋅ 100 [V .− %] md ρW

Gleichung 2.2

Ab = massenbezogene Wasseraufnahme bei atmosphärischem Druck in % AV, b = volumenbezogene Wasseraufnahme bei atmosphärischem Druck in % ms = Masse des gesättigten Probekörpers in g md = Masse des getrockneten Probekörpers in g ρP = Rohdichte des Probekörpers in kg/dm³ ρW = Rohdichte des Wassers in kg/dm³

2.5.2.1 Bestimmung der Wasseraufnahme unter Druck Um Aussagen zum Gesamtporengehalt einer Betonprobe zu erhalten, ist die volumenbezogene Wasseraufnahme unter Druck zu ermitteln. Hierzu wird die Probe zunächst entsprechend der Erläuterungen im vorherigen Abschnitt wassergesättigt. Danach wird die Probe in einen Drucktopf eingebaut und mit etwa 50 mm Wasser überdeckt. Der Drucktopf wird im Vakuum bei etwa 30 mbar entlüftet und anschließend mit einem Druck von 150 bar beaufschlagt und 24 h unter diesem Druck belassen. Nach der Probentrocknung bei 105 °C wird die volumenbezogene Wasseraufnahme unter Druck AV, D entsprechend Gleichung 2.2 ermittelt.

2.6 Benetzbarkeit der Oberfläche Eine Voraussetzung für eine gute Haftung zwischen Schutz- sowie Instandsetzungsmaterialen und dem Beton besteht darin, dass die ausgewählten Materialien die Betonoberfläche benetzen. Die Benetzbarkeit der Betonoberfläche mit Wasser wird durch das Aufsetzen von Wassertropfen auf die Betonoberfläche mittels einer Pipette geprüft: Spreizt der aufgesetzte Wassertropfen unmittelbar auf, so ist die Oberfläche benetzbar, bleibt der Wassertropfen jedoch auf der Oberfläche stehen, deutet dies auf eine geringe Benetzbarkeit hin. Eine geringe Benetzbarkeit

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

liegt u. a. auf hydrophobierten Betonoberflächen vor. Im Abschnitt 3.2.3 erfolgt eine ausführliche Beschreibung der Benetzung und Adsorption. Bild 2.12 verdeutlicht schematisch zwei Möglichkeiten des Aufspreizens eines Wassertropfens auf der Betonoberfläche.

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Bild 2.12: Aufspreizen eines Wassertropfens auf einer Betonoberfläche. Links: Gute Benetzbarkeit des Betons. Rechts: Geringe Benetzbarkeit des Betons

2.7 Rissbildungen 2.7.1 Allgemeines Betonrisse können aus unterschiedlichen, sich teilweise überlagernden Ursachen entstehen. Äußere Belastungen können Trenn-, Biege-, Verbund- oder Schubrisse bewirken. Hinzu kommen Schwindrisse und Oberflächen- oder Trennrisse infolge Zwangsbeanspruchungen, z. B. resultierend aus Temperaturänderungen. Die Breite der Risse ist in Abhängigkeit der folgenden Kriterien zu begrenzen /DBV06/: • Funktion des Bauwerkes bzw. Bauteils und den daraus folgenden Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit (z. B. Wasserundurchlässigkeit) und das Erscheinungsbild (z. B. Sichtbeton); • Umgebungsbedingungen und den daraus folgenden Anforderungen an die Dauerhaftigkeit; • Bauart (Spannbeton mit Art der Vorspannung oder Stahlbeton); • Einwirkungen, z. B. drückendes Wasser; • Anforderungen der nachfolgenden Gewerke (z. B. Oberflächenschutz); • Korrosionsempfindlichkeit der Bewehrung. Die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen wird wesentlich vom Korrosionsschutz der Bewehrung beeinflusst. Untersuchungen zeigen, dass Dicke und Dichtheit der Betondeckung ggf. von größerer Bedeutung für die Dauerhaftigkeit sind als die Breite der Risse senkrecht zur Bewehrungsrichtung /Schi02/. Dies gilt für an der Bauteiloberfläche vorhandene Rissbreiten

2.7 Rissbildungen

von bis zu etwa 0,4–0,5 mm (solange die Streckgrenze der Bewehrung nicht überschritten wird) /Sch94/, wenn nicht besondere Belastungen, z. B. chloridhaltige Wässer, vorliegen. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem Grad der Bewehrungskorrosion und dem Absolutwert der Rissbreite ist aufgrund der Komplexität der Vorgänge, resultierend aus unterschiedlichen Einflussgrößen, nicht herzuleiten. Bei bestehenden Parkbauten ist der Einfluss vorhandener Risse auf die Dauerhaftigkeit des Bauteils unter Berücksichtigung vorliegender Randbedingungen von entsprechenden Sachverständigen zu beurteilen. Generell sind Trennrisse hinsichtlich der Stahlkorrosion wesentlich kritischer zu bewerten als Biegerisse /Rau05/. Kenntnisse über Rissbewegungen an der Stahlbetonoberfläche sind insbesondere für vollflächige Instandsetzungsmaßnahmen, z. B. Aufbringen von Oberflächenschutzsystemen, sowie bei der Rissverpressung von Bedeutung. Rissbreiten können sich infolge von dynamischen Beanspruchungen, Lastumlagerungen und Temperaturwechseln im Laufe der Zeit ändern. Die Änderung kann wiederkehrend sein. Wiederkehrende Änderungen können • kurzzeitig (z. B. infolge von Verkehrslasten), • täglich (z. B. infolge von Sonneneinstrahlung) oder • langzeitig (z. B. infolge von Jahreszeitenwechseln) auftreten.

2.7.2 Bestimmung von Rissmerkmalen 2.7.2.1 Allgemeines Bei der Erfassung von Bauteilrissen sind der Rissverlauf, der Risszustand, die Risslänge, Rissbreite und -tiefe sowie Rissbewegungen zu bestimmen und zu dokumentieren. Die einfachsten Verfahren zur Untersuchung von Rissen sind optische Verfahren. Da nicht alle Rissbehandlungsmaßnahmen wiederholt anwendbar sind, müssen vorangegangene Maßnahmen wie Tränkungen oder Injektionen protokolliert werden.

2.7.2.2 Rissverlauf Anhand der Kartierung des Rissverlaufes sind oft Aussagen zur Rissursache möglich. Besonders bei geradlinig verlaufenden Rissen liegen häufig Steifigkeitssprünge (Änderung der Bauteildicke, etc.) oder auch Betonierabschnitte vor. Befinden sich Risse bevorzugt in Hochpunkten, kann dies auf eine unzureichende Nachbehandlung hindeuten, das Anmachwasser ist in diesem Fall zu den Tiefpunkten gelaufen und in den Hochpunkten stand nicht mehr ausreichend Wasser für die Hydratation des Betons zur Verfügung.

2.7.2.3 Risstiefe Bezüglich der Risstiefe ist es bedeutsam, ob Risse durch die gesamte Bauteildicke hindurch verlaufen (Trennrisse) oder ob es sich nur um oberflächennahe Risse handelt. Dies kann i. d. R. leicht durch Vergleich der Risskartierungen von zwei gegenüberliegenden Bauteilseiten festgestellt werden. Wenn eine Seite jedoch nicht zugänglich ist, sind weitergehende Untersuchungen von der zugänglichen Seite aus erforderlich.

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

Hilfsweise werden leicht flüssige Kunstharze oder auch gefärbtes Wasser in die Risse injiziert und die Risstiefe wird dann anhand der Einfärbung an nach dem Erhärten des Kunstharzes entnommenen Bohrkernproben bestimmt. Aufwändigere Verfahren zur Bestimmung der Risstiefe sind beispielsweise Untersuchungen mit Radionukliden oder RöntgenRückstreuuntersuchungen. Aber auch die Ultraschall-Impuls-Technik bietet Möglichkeiten zur Risstiefenbestimmung (siehe z. B. /Jan97/) Mit Hilfe der Impact-Echo-Methode kann die Schalllaufzeit über einen Riss hinweg ermittelt werden. Je nach Risstiefe muss der Schall dabei einen zunehmenden „Umweg“ laufen, der mit der Risstiefe korreliert. Messungen im Labor haben ergeben, dass die Risstiefen i. d. R. recht genau ermittelt werden konnten (s. Bild 2.13 und Bild 2.14). Allerdings wurde die optisch gemessene Risstiefe mit Hilfe der Impact-Echo-Methode tendenziell unterschätzt. Insbesondere bei Rissversätzen wurde die Tiefe des Versatzes gemessen /Rau01/. Unter baupraktischen Bedingungen müssen lokale Streuungen in der Betonqualität, Selbstheilungseffekte, Feuchteprofile und Einflüsse aus Karbonatisierung und eventuell Chlorideindringen berücksichtigt werden.

Bild 2.13: Schematische Darstellung des Prinzips der Risstiefenmessung mit der Impact-EchoMethode /Rau01/

Bild 2.14: Prüfkörper und Anordnung der Messsensoren für die Risstiefenbestimmung mit der Impact-Echo Methode /Rau01/

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2.7 Rissbildungen

2.7.2.4 Rissbreite Die Rissbreite wird am einfachsten mit optischen Verfahren bestimmt. Hier kommen neben der reinen Inaugenscheinnahme zur Feststellung von Rissart und Rissverlauf, Messlupen mit Skala sowie Linienstärkenmaßstäbe zum Einsatz, die der Bestimmung der Rissbreite dienen. Bei Messlupen handelt es sich um spezielle Lupen mit einer eingeblendeten Maßskala sowie einer Beleuchtung. Diese Messlupen werden auf den Riss aufgesetzt und die Rissbreite kann anhand der Messskala abgelesen werden. Auf einem Linienstärkenmaßstab sind schwarze Linien mit exakt definierter Breite abgebildet. Ein optischer Vergleich des zu untersuchenden Risses mit den kalibrierten Linien des Linienstärkenmaßstabes ermöglicht eine Bestimmung der Rissbreite mit einer Genauigkeit von bis zu 0,05 mm (siehe Bild 2.15).

Bild 2.15: Bestimmung der Rissbreite mit einem Rissmaßstab

2.7.2.5 Rissbreitenänderung Für die Untersuchung langzeitiger Rissbewegungen haben sich Gipsmarken als einfaches Untersuchungsmittel bewährt. Gipsmarken werden senkrecht zum Rissverlauf auf den Riss aufgebracht und mit einer ebenfalls senkrecht zum Riss verlaufenden Strichmarkierung versehen. Eine Rissaufweitung lässt sich an dem in der Gipsmarke entstehenden Riss erkennen. Die glatten Rissflanken in der Gipsmarke ermöglichen eine hohe Genauigkeit bei der Messung der Rissbreite mit Hilfe von Messlupen oder Linienmaßstäben. Mittels der senkrecht zum Rissverlauf aufgebrachten Strichmarkierung kann festgestellt werden, ob zusätzlich zur Rissbreitenänderung ein Längsversatz der Rissufer stattgefunden hat. Neben Gipsmarken kommen vor allem bei längerem Einsatz an Außenbauteilen auch Marken aus Zementmörtel zum Einsatz. Häufig werden auch vorgefertigte Marken verwendet, die mit Hilfe von schnell klebenden Kunststoffen auf die Rissufer aufgeklebt werden. Eine weitere häufig angewandte Methode für die Erfassung von langzeitigen Rissbewegungen stellt die Messung mit dem Setzdehnungsmesser dar. Hierfür werden auf die Rissufer Messplättchen aufgeklebt, auf die der Setzdehnungsmesser zu gewählten Zeitpunkten aufgesetzt wird. Mit dem mechanisch arbeitenden Setzdehnungsmesser kann der Abstand und somit auch die Abstandsänderung zwischen zwei Messplättchen mit einer Genauigkeit im μm-Bereich gemessen werden. Der große Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass mit geringen Kosten viele Messstellen verfügbar sind. Die automatische Messwerterfassung täglicher und kurzzeitiger Rissbewegungen bieten Messeinrichtungen, die nach einem elektrischen Prinzip arbeiten, wie zum Beispiel induktive Weg-

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

aufnehmer. Induktive Wegaufnehmer bestehen im Wesentlichen aus einer Spule, in deren Inneren sich ein verschiebbarer Kern befindet. Wird der Kern innerhalb der Spule verschoben, so ändert sich die Induktivität der Spule, wodurch die Verschiebung messbar wird.

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2.7.2.6 Zustand der Risse/Rissflanken Bei der Erfassung des Risszustandes werden der Feuchtezustand, ggf. die Selbstheilung, Abbrüche an den Risskanten etc. visuell beurteilt und dokumentiert. Bild 2.16 stellt beispielsweise einen Risszustand dar, bei dem eine drucklose Tränkung problematisch ist, da die Mindestanforderungen an die Eindringtiefe des Rissfüllstoffes aufgrund der teilweisen Selbstheilung vermutlich nicht erreicht werden können.

Bild 2.16: Beispiel für einen Riss, der teilweise ausgeheilt ist, aber durch den noch Wasser eindringt

2.8 Oberflächenrauheit Die Haftung zwischen Betonuntergrund und Schutz- bzw. Instandsetzungsstoff wird wesentlich durch die Oberflächenrauheit bestimmt. Zusätzlich beeinflusst die Oberflächenrauheit die erforderliche Schichtdicke bei Beschichtungen (siehe Abschnitt 7.2.1). Die Rautiefe ist der absolute Wert der Rauheit einer Oberfläche in mm, im Regelfall bestimmt nach dem Sandflächenverfahren. Die Rautiefe Rt ist definiert als Höhe des gedachten, zylindrischen Körpers mit dem Kreisdurchmesser d und dem Sandvolumen V, der alle Spitzen des Untergrundes einschließt. Das Sandflächenverfahren ist in DIN EN 1766:2000 sowie in dem

2.9 Karbonatisierungstiefe der Betonrandzone

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Abschnitt 9.4.2 beschrieben. Beispiele für verschiedene Rauheiten nach RL-SIB sind nachfolgend genannt: •

Rt = 0,2 mm – Glatter Betonuntergrund, grundiert und abgestreut mit Quarzsand 0,1 mm bis 0,3 mm; – Glatt geschalter, nicht gestrahlter Beton; – Feinspachtel, der mit Kunststoff- oder Stahltraufel aufgezogen bzw. geglättet ist; – Nicht abgestreute, elastische Oberflächenschutzschicht z. B. OS 11a (OS Fa).

•

Rt = 0,5 mm – Gestrahlter Betonuntergrund, grundiert und abgestreut mit feuergetrocknetem Quarzsand der Körnung 0,2 mm bis 0,7 mm; – Glatt geschalter bzw. abgeriebener Beton, der gesandstrahlt ist; – Feinspachtel, der an der Oberfläche abgerieben bzw. abgefilzt wurde.

•

Rt = 1,0 mm – Gestrahlter Betonuntergrund, der grundiert und mit Quarzsand der Körnung 0,7 mm bis 1,2 mm abgestreut ist; – Rauer, abgewitterter, gestrahlter Beton.

•

Rt = 1,5 mm – Gestrahlter Betonuntergrund, der grundiert und mit Quarzsand der Körnung 1 mm bis 2 mm abgestreut ist; – Waschbeton.

2.9 Karbonatisierungstiefe der Betonrandzone Bei der Hydratation der Calciumsilikate wird durch Hydrolyse Calciumhydroxid (Ca(OH)2) abgespalten. Vom Gesamtangebot dieses Ca(OH)2 können nur sehr geringe Mengen im Porenwasser gelöst werden, während der Rest in kristalliner Form vorliegt. Zusammen mit dem Ca(OH)2 gehen auch andere Alkalien, im wesentlichen Kalium und Natrium, in Lösung, wodurch sich der pH-Wert in der Porenlösung des Betons zwischen 12,6 bis etwa 13,5 einstellt. Die gesättigte Ca(OH)2-Lösung erzeugt dabei einen pH-Wert von 12,6, während die in der Porenlösung ebenfalls vorliegenden gelösten Kalium- und Natriumhydroxide die Erhöhung des pH-Wertes auf über 12,6 bewirken. Aus der Umgebungsluft in den Beton eindringendes Kohlenstoffdioxid CO2 wandelt die Alkalihydroxide KOH und NaOH sowie das Calciumhydroxid Ca(OH)2 in Carbonate um. Dabei geht das anfangs zum größten Teil kristallin vorliegende Ca(OH)2 sukzessive in Lösung, so dass während des Karbonatisierungsprozesses der hohe pH-Wert erhalten bleibt. Erst wenn das bei CO2-Einwirkung reaktionsfähige Ca(OH)2 verbraucht ist und kein gelöstes Ca(OH)2 mehr vorliegt werden auch die leichtlöslichen Alkalihydroxide endgültig in Alkalikarbonate umgewandelt, so dass der pH-Wert auf unter 9 sinkt. Die Geschwindigkeit der Karbonatisierung wird in erster Linie vom Transport der Reaktionsprodukte (CO2 und Ca(OH)2) bestimmt. Weitere Einflussparameter sind Bindemittelzusammensetzung, Qualität der Betonoberfläche und Klima. Die Bildung von kristallinem CaCO3 (Calcit) erhöht die Dichtigkeit des Zementsteins, da Calcit gegenüber Ca(OH)2 ein 11 % größeres Volumen einnimmt. Dadurch kann je nach Zementart zum einen die Festigkeit in der

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

Betonrandzone erhöht werden, zum anderen kann die Verdichtung des Porengefüges die Karbonatisierungsgeschwindigkeit reduzieren. Die Karbonatisierungstiefe von Beton kann mit verschiedenen Verfahren bestimmt werden: • Indikative Bestimmung (Phenolphthaleintest)

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• Röntgendiffraktometrie • Infrarot-Spektroskopie • Mikroskopie • Differential-Thermoanalyse • Chemische Analyse Die Bestimmung der pH-Wert-Änderung mit Hilfe einer geeigneten Indikatorlösung ist die einfachste Methode zur Ermittlung der Karbonatisierungstiefe (Phenolphthaleintest, Abschnitt 9.4.6). Die Bestimmung der Karbonatisierungstiefe an Bauwerken oder Bauteilen erfolgt häufig an entnommenen Bohrkernen mit einem Durchmesser von 5 bis 15 cm. Die Prüfung sollte schnellstmöglichst erfolgen, um nach der Entnahme einen Einfluss möglicher Karbonatisierung der Bohrkernmantelflächen klein zu halten. Zur Durchführung des Tests ist der Bohrkern etwa mittig, senkrecht zur Bohrkernoberfläche zu brechen. Geschnittene Betonoberflächen sind zur Bestimmung der Karbonatisierungstiefe nicht geeignet! Die Indikatorlösung ist gleichmäßig auf die Bruchfläche aufzusprühen. Der Sprühvorgang ist so oft zu wiederholen, bis eine deutliche Farbumschlaggrenze erkennbar ist. Nach dem Ansprühen werden die Probekörper bis zur Messung in der Regel 24 Stunden an Raumluft gelagert, da sich die Farbumschlaggrenze in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Prüfkörpers in Richtung größerer Karbonatisierungstiefen verschieben kann.

2.10 Chloridverteilung in der Betonrandzone Chloride sind negative geladene Ionen (Anionen) von Salzen. Baupraktisch sind folgende Salze von Bedeutung • NaCl (Natriumchlorid, z. B. Kochsalz oder Tausalze), • CaCl2 (Calciumchlorid, z. T. als Tausalz eingesetzt), • MgCl2 (Magnesiumchlorid, z. T. als Tausalz eingesetzt). Chloride können entweder aus Tausalzanwendung, aus dem Meerwasser oder aus der Luft (Seeluft, nach PVC-Bränden) in den Beton gelangen. Der Chloridtransport erfolgt über die Porenlösung. Im Gegensatz zur Karbonatisierung handelt es sich hier also um eine Diffusion von Chloridionen in wassergefüllten Poren. Je größer der Wassergehalt des Betons ist, desto größer kann bei sonst gleichen Bedingungen die Eindringgeschwindigkeit von Chlorid sein. Bei der Karbonatisierung des Betons wird eine mehr oder weniger scharfe Alkalitätsgrenze, die sogenannte Karbonatisierungsfront, beobachtet. Im Gegensatz dazu ergibt sich beim Eindringen von Chloriden immer ein Chloridkonzentrationsprofil. Der Zementstein ist in der Lage, eine gewisse Menge von Chloriden chemisch und physikalisch zu binden. Die chemischen Reaktionsprodukte sind vorwiegend Friedel’sches Salz. Die in der Zementsteinmatrix gebundenen Chloride sind bzgl. der Bewehrungskorrosion unkritisch, nur die freien Chloridionen in der Porenlösung können Korrosion an der Bewehrung auslösen. Bei der Ermittlung von Chlo-

2.10 Chloridverteilung in der Betonrandzone

ridkonzentrationsprofilen an Bauwerksbetonen wird praktisch immer der Gesamtchloridgehalt ermittelt. Da die Bindefähigkeit für Chloride auch sehr stark von der Betonzusammensetzung, insbesondere der Zementart, abhängt, gibt der Gesamtchloridgehalt nur eine sehr bedingte Antwort auf die tatsächlich bestehende Korrosionsgefahr an der Bewehrung. Der kritische, korrosionsauslösende Chloridgehalt im Beton hängt von einer Reihe von Einflussfaktoren ab und muss daher im jeweiligen Einzelfall bei Überschreitung der im folgenden genannten Grenzwerte durch den sachkundigen Planer beurteilt werden. Hierbei sind außer dem Chloridgehalt auch die Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Diese Beurteilung betrifft auch die Festlegung der abzutragenden Betonbereiche. Die RL-SIB /DAfStb01/ enthält hierzu folgende Angaben: •

Wenn erhöhte Chloridgehalte nicht ausgeschlossen werden können, sind sie im Bereich der Betondeckung der Bewehrung zunächst überschlägig zu prüfen. Werden hierbei Chloridgehalte über 0,2 % der Zementmasse oder über 0,03 % der Betonmasse festgestellt, so sind die Konzentrationsverteilungen über die Bauteildicke im Bereich der mit Chlorid beaufschlagten Bauteiloberflächen zu ermitteln.

•

Wenn bei Stahlbetonbauteilen in der Betondeckungsschicht Chloridgehalte über 0,5 % Cl-, bezogen auf die Zementmasse, und bei Spannbetonbauteilen Werte über 0,2 % Cl- ermittelt werden, ist zur Beurteilung der erforderlichen Maßnahmen der sachkundige Planer einzuschalten. Dies gilt auch dann, wenn an der Betonoberfläche keine Anzeichen von Korrosion an der Bewehrung feststellbar sind. Bei unbekannter Betonzusammensetzung ist der Zementgehalt auf der sicheren Seite liegend abzuschätzen.

Die Europäische Normenreihe EN 1504 enthält keine Angaben zur Höhe des zulässigen Chloridgehaltes im Beton. Es wird jedoch deutlich darauf hingewiesen, dass chloridinduzierte Schäden bzw. Bereiche, in denen zukünftig mit Korrosionsproblemen infolge Chlorideinwirkung zu rechnen ist, entsprechend zu schützen oder instand zu setzen sind. Weiterführende Angaben zum kritischen Chloridgehalt und zur Modellierung des Chlorideindringens können /Rau08/ entnommen werden. Die Messung von Chloridprofilen zur Beurteilung der Gefährdung der Bewehrung ist nicht in ähnlich einfacher Weise möglich, wie dies bei der Ermittlung der Karbonatisierungstiefe der Fall ist. Mit Silbernitrat steht zwar ein Chloridindikator zur Verfügung, Aussagen bzgl. Korrosionsgefahr sind nach diesem Test aber nur sehr eingeschränkt, wenn überhaupt, möglich. Im Regelfall muss durch tiefenabhängige Bohrmehlentnahmen aus dem Beton ein Chloridprofil ermittelt werden, um die Korrosionsgefahr abschätzen zu können. Zur Ermittlung des Gesamtchloridgehaltes an der Oberfläche eines Betonbauteils, z. B. Stützenfüße einer Tiefgarage, werden Bohrmehlproben in unterschiedlichen Tiefen (z. B. 0–15 mm, 15–30 mm und 30–45 mm) entnommen. Die Art der Probennahme hat einen hohen Einfluss auf das Ergebnis der Chloridgehaltbestimmung. Es ist nicht zweckmäßig, am Bauwerk einen Bohrkern zu entnehmen und in Scheiben zu sägen, da hierbei häufig mit Wasser gespült wird, wodurch Chloride ausgewaschen werden können. Die Entnahme von Bohrmehl in Abhängigkeit vom Oberflächenabstand ist sinnvoller, denn Chloride werden dabei nicht ausgespült und das Probenmaterial fällt für die Analyse in einer ausreichenden Mahlfeinheit an. Für die chemische Analyse ist in der Regel eine repräsentative Probenmenge von rund 1 g mit einer Korngröße < 0,125 mm notwendig. Zum Erhalt einer repräsentativen Probenmenge muss die Bohrmehlentnahme an ausreichend vielen Stellen erfolgen (siehe Heft 401 des DAfStb /Spr89/). Nach der Trocknung des Bohrmehls bis zur Massekonstanz bei 105 °C sowie einem Säureaufschluss erfolgt die quantitative Bestimmung des Gesamtchloridgehaltes. Der so ermittelte Gesamtchloridgehalt bezieht sich auf die Trockenmasse der Bohrmehlprobe.

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2 Oberflächennaher Beton – Beurteilung der Eigenschaften

Prüfverfahren für die Bestimmung des Chloridgehaltes im Beton sind in DIN EN 14 629:06.2007 sowie in Heft 401 des DAfStb „Anleitung zur Bestimmung des Chloridgehaltes von Beton“ /Spr89/ beschrieben. Die darin beschriebenen chemischen Analysen stimmen zwar weitgehend überein, leider sind jedoch geringe Abweichungen in den Regelwerken vorhanden. Bei dem bisher in Deutschland angewendeten Verfahren nach Heft 401 des DAfStb sind die Anforderungen an Mahlfeinheit der Proben und die Parameter für den Aufschluss am größten, so dass der Gesamtchloridgehalt im Beton sicher bestimmt werden kann. In DIN EN 14 629 sind die Anforderungen nicht so streng, so dass nicht ausgeschlossen werden kann, dass in bestimmten Fällen zu geringe Chloridwerte ermittelt werden. Entsprechende Vergleichsuntersuchungen liegen noch nicht vor. Zu beachten ist, dass sich die Grenzwerte in den Regelwerken i. d. R. auf den säurelöslichen Gesamtchloridgehalt in M.-% bezogen auf die Zementmasse beziehen. Da die Chloridgehalte im Labor i. d. R. zunächst auf die Betonmasse bezogen sind, muss eine Umrechnung von Zement auf Beton erfolgen. Für übliche Betone liegt der Umrechnungsfaktor je nach Zementgehalt etwa bei 6 bis 8. Ferner ist zu beachten, dass der Chloridgehalt auch in Form von wasserlöslichem Chlorid bestimmt werden kann. Die wasserlöslichen Chloridgehalte liegen jedoch i. d. R. deutlich unter den säurelöslichen Gehalten, was zu einer Unterschätzung der vorhandenen Gefährdung durch Chloride führen kann. Chloride lassen sich auf Betonoberflächen ebenfalls durch Laseremissionsspektroskopie (LIBS: Laser Induced Breakdown Spectroscopy) detektieren. Dabei wird mit einem hochenergetischen Laserpuls auf der Betonoberfläche eine mikroskopische Materialmenge verdampft und ein Plasma erzeugt. Durch Spektralanalyse des vom Plasma emittierten Lichts können einzelne, im verdampften Volumen vorhandene Elemente anhand ihrer elementspezifischen Spektrallinien identifiziert werden, was eine quantitative Analyse von des Gesamtchloridgehaltes und weiteren Stoffen ermöglicht. Derzeit wird an einem hoch auflösenden Analysegerät gearbeitet, mit dem im Labor und zukünftig auch auf Baustellen Chloride detektiert werden können /Bru08/. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der hohen Messgeschwindigkeit und der Möglichkeit, Oberflächen zweidimensional abrastern zu können. Dadurch soll es zukünftig möglich sein, beispielsweise frisch vorbehandelte Betonflächen hinsichtlich erhöhter Chloridgehalte abzufahren.

2.11 Kiesnester, Hohlstellen und Abplatzungen Kiesnester und Hohlstellen im oberflächennahen Bereich müssen ebenso wie Abplatzungen vor einer Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme erfasst werden, um diese Bereiche bei der Untergrundvorbereitung entsprechend zu bearbeiten (siehe auch Abschnitt 3.4.2). Abplatzungen und Kiesnester an der Betonoberfläche können visuell erfasst und kartiert werden. Hohlstellen können bei entsprechender Größe und Lage durch Abklopfen der Oberfläche in einem festgelegten Raster detektiert werden. Neben zerstörenden Verfahren (Sondierungsbohrungen) stehen für das Auffinden kleinerer oder tiefer gelegener Hohlstellen auch zerstörungsfreie Prüfverfahren auf der Basis von Impact-Echo, Ultraschall, Ultraschall-Echo, Radar und die Thermographie zur Verfügung. Aktuelle Ergebnisse zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren für die Detektion von Gefügestörungen aus Forschung und Baupraxis enthält /DAf06/, eine Übersicht über die Anwendung zerstörungsfreier Prüftechnik in der Baupraxis gibt z. B. /Sim06/. Die Aussagekraft der Einzelverfahren kann durch kombinierte Anwendung mehrerer Verfahren und gemeinsame rechnerische Auswertung unter Umständen wesentlich gesteigert werden.

3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien auf Beton 3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3.1 Allgemeines Unzureichende Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien auf Beton ist eine der Hauptursachen für Schäden bei Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen. Bild 3.1 zeigt zwei Schadensfälle, die auf eine mangelnde Adhäsion zurückzuführen sind.

Bild 3.1: Links: Enthaftung eines SPCC durch unzureichende Adhäsion zum Betonuntergrund. Rechts: Unzureichende Adhäsion einer Bodenbeschichtung

Unter Adhäsion wird allgemein die Summe aller Wechselwirkungen verstanden, die zur Haftung zwischen zwei Körpern führen. In diesem Zusammenhang werden oftmals die Begriffe „Adhärens“ (Substrat) und „Adhäsiv“ (Klebe- bzw. Beschichtungsstoff) verwendet. Die ausreichende Adhäsion ist eine grundlegende Voraussetzung für die Dauerhaftigkeit von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen. Schadensbilder wie Ablösungen, Blasenbildungen oder ähnliches hängen häufig mit einem Verlust bzw. einer Verminderung der Adhäsion zwischen Beton und Instandsetzungsprodukt zusammen. Im Rahmen dieses Abschnittes werden zunächst die Grundlagen der Adhäsionskunde kurz vorgestellt. Darauf aufbauend wird eine spezielle im Bereich der Beschichtung von Betonen auftretende Problematik, die Delamination und Blasenbildung, erläutert. Aus diesen Grundlagen heraus werden dann Konsequenzen für die Applikation der Materialien für Schutz und Instandsetzung erarbeitet.

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3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3.2 Grundlagen der Adhäsionskunde 3.2.1 Einführung

3

Wissenschaftlern unterschiedlicher Fachrichtungen ist es bis heute nicht gelungen, die Mechanismen der Adhäsion eindeutig zu erklären oder wissenschaftlich vollständig zu beschreiben. Einig ist man sich jedoch darüber, dass es sich bei der Adhäsion um eine Reihe von mechanischen, physikalischen und chemischen Wechselwirkungen handelt, die sich gegenseitig beeinflussen können. Die Erforschung dieser Mechanismen auf der Mikroebene ist zwar relativ weit fortgeschritten, allerdings ist noch keine direkte Übertragung der Ergebnisse auf die Makroebene möglich. Damit sind für die Instandsetzung von Betonen lediglich generelle Aussagen aus den Grundlagen der Adhäsionskunde ableitbar. Im Wesentlichen wird zwischen mechanischer Adhäsion und spezifischer Adhäsion unterschieden. Die spezifischen Adhäsionsmodelle erlauben die Interpretation von Grenzflächenwirkungen mit Hilfe • thermodynamischer Mechanismen, • molekularphysikalischer Mechanismen und • chemischer Bindungen. Unter Kohäsion wird hingegen die Summe aller Wirkungen verstanden, die zum Zusammenhalt innerhalb eines Körpers führen. Häufig wird ein Versagen sowohl durch lokales Überschreiten der Adhäsions- als auch der Kohäsionskräfte hervorgerufen. Im Bild 3.2 werden sowohl schematisch als auch in einem Foto Adhäsions- bzw. Kohäsionsversagen von Beschichtungen dargestellt. Ein grundsätzliches Problem bei der Berechnung von Verbundfestigkeiten ist die realistische Annahme der Oberfläche. Entsprechend Bild 3.3 wird zwischen geometrischer, wahrer und wirksamer Oberfläche unterschieden. Bei der geometrischen Oberfläche handelt es sich um die zweidimensionale Projektionsfläche der tatsächlichen Grenzfläche zwischen Adhärens und Adhäsiv. Bei der Bestimmung der wahren Oberfläche wird im Gegensatz zur geometrischen Oberfläche die Rauheit berücksichtigt. Mit messtechnischen Methoden (Raster-Kraft-Mikroskop, Weißlichtinterferometer) kann die Oberflächenrauheit bis rund 10 nm bestimmt werden. Die Größe der für die Adhäsion wirksamen Oberfläche kann nicht ohne weiteres ermittelt werden, da sie nicht nur von der Topografie der Oberfläche, sondern darüber hinaus von der Oberflächenspannung und damit vom Benetzungsverhalten abhängt. Die chemischphysikalischen Wechselwirkungen beider Partner bedingen Anzahl, Größe und Verteilung der für die Adhäsion entscheidenden Mikrokontaktflächen zwischen Adhärens und Adhäsiv.

3.2 Grundlagen der Adhäsionskunde

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3

Bild 3.2: Kohäsions- bzw. Adhäsionsversagen einer Beschichtung auf Beton. A) Überwiegend Versagen im Material beschrieben durch die Materialeigenschaften und lokalen Spannungen; B) Überwiegend Versagen in der Verbundzone beschrieben durch mechanische und spezifische Adhäsion.

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3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3

Bild 3.3: Schematische Darstellung der geometrischen, wahren und wirksamen Oberfläche

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3.2 Grundlagen der Adhäsionskunde

3.2.2 Mechanische Adhäsion Der Grundgedanke des Modells der mechanischen Adhäsion geht davon aus, dass das flüssige Adhäsiv in den Poren und Vertiefungen der Oberfläche des Adhärens aushärtet und dort wie Dübel oder Druckknöpfe verankert ist, „Druckknopftheorie“ (Bild 3.4).

3 Bild 3.4: Schematische Darstellung der „Druckknopftheorie“

Mit zunehmender Rauheit des Betons, hervorgerufen durch eine mechanische Vorbereitung, wie z. B. Sandstrahlen, steigt i. d. R. die Verbundfestigkeit. Bild 3.5 zeigt den Einfluss einer Vorbereitung des Untergrundes auf die Güte der Adhäsion am Beispiel Beton mit polymeren Beschichtungen. Deutlich werden dabei auch die erheblichen Unterschiede zwischen den Beschichtungssystemen.

Bild 3.5: Einfluss der Vorbereitung des Betons auf die Adhäsion nach /Sas94/

Die Rautiefe ist ein Maß für die Rauheit einer Oberfläche in mm, im Regelfall bestimmt nach dem Sandflächenverfahren nach Kaufmann /Kau71/ (DIN EN 1766:2000, Abschnitt 9.4.2). Die Rautiefe Rt ist definiert als Höhe des gedachten, zylindrischen Körpers mit dem Kreisdurchmesser d und dem Sandvolumen V, der alle Spitzen des Untergrundes einschließt.

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3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

Bild 3.6 zeigt exemplarisch die Rauheitsmessung auf einer Betonoberfläche mittlerer Rautiefe. Die gemessene Rautiefe beträgt 0,62 mm.

3

Bild 3.6: Rauheitsmessung auf einer Oberfläche mit mittlerer Rautiefe (Beton C30/37 nach Kugelstrahlen)

Beispiele für verschiedene Rauheiten sind im Abschnitt 2.8 genannt. Jedoch stellt die Rauheit bei Weitem nicht die alleinige Einflussgröße auf die Adhäsion dar. Bei gleicher Untergrundrauheit und gleichem Adhäsiv bedingen unterschiedliche Untergründe erhebliche Differenzen in der Haftzugfestigkeit. Dies wird einerseits durch die spezifische Adhäsion begründet, andererseits ist wahrscheinlich der Einfluss gesteinsoberflächenspezifischer Topographien unterhalb der messbaren Rauheit vorhanden. Diese submikroskopischen Rauheiten können Verzahnungseffekte in einer Größenordnung von wenigen nm (Größe von Makromolekülen) hervorrufen.

3.2.3 Spezifische Adhäsion

3.2.3.1 Benetzung und Adsorption – thermodynamische Mechanismen Die Voraussetzung für die adsorptive Anlagerung eines Stoffes auf einer Oberfläche besteht darin, dass der Stoff die Oberfläche benetzt. Durch Randwinkelmessungen kann dies Benetzungsverhalten quantifiziert werden (siehe Abschnitt 2.6). Die Ausbildung des Randwinkels im Dreiphasensystem gasförmig-flüssig-fest bei der Benetzung einer festen Oberfläche durch eine Flüssigkeit zeigt Bild 3.7.

3.2 Grundlagen der Adhäsionskunde

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3

Bild 3.7: Ausbildung des Dreiphasensystems gasförmig-flüssig-fest bei der Benetzung einer festen Oberfläche durch eine Flüssigkeit (S = Solid, L = Liquid, V = Vapour)

Bereits im Jahr 1805 hat Young /You05/, /Mic69/ im Rahmen von Benetzungsversuchen von Festkörperoberflächen einen funktionalen Zusammenhang zwischen Oberflächen- bzw. Grenzflächenenergien und dem sich einstellenden Benetzungswinkel hergeleitet. Dies erfolgte unter den Voraussetzungen •

einer ideal ebenen Festkörperoberfläche,

•

der Reversibilität der Benetzung und

•

der Vernachlässigung der Schwerkraft

unter Heranziehung der Definition, dass die Oberflächenenergie () eine gegen die Kohäsion gerichtete Energie zur Erzeugung einer freien Oberfläche ist. Nach DIN 13 310 werden die Grenzflächen zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas bzw. zwischen einem Festkörper und einem Gas auch Oberfläche, zwischen Festkörper und Flüssigkeit ausschließlich Grenzfläche genannt. γ SV − γ SL − γ LV ⋅ cos ϑ = 0 ⇔ cos ϑ =

SV: SL: LV: ϑ:

γ SV − γ SL γ LV

Oberflächenenergie des Festkörpers Grenzflächenenergie zwischen Festkörper und Flüssigkeit Oberflächenenergie der Flüssigkeit Randwinkel

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3

3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

Die Adhäsionsarbeit Wadh kann als jene Arbeit definiert werden, die erforderlich ist, um eine Flüssigkeit von einer Festkörperoberfläche zu trennen. Sie berechnet sich aus der Differenz zwischen der Summe der Oberflächenenergien und der Grenzflächenenergie /Mic69/. Wadh = SV + LV - SL Wadh: Adhäsionsarbeit in J/m² Da die Gesamtenergie des Systems ein Minimum anstrebt, kommt es je nach Benetzungsgrad zu unterschiedlicher Ausbildung des Benetzungs- oder Randwinkels ϑ . Theoretisch mögliche Ausbildungen des Benetzungswinkels sind im Bild 3.8 zusammengestellt. Die in diesem Abschnitt nur kurz angesprochenen Benetzungstheorien werden z. B. in der Arbeit /Fie87/ in wesentlich intensiverer Form diskutiert. Auch werden Randprobleme beleuchtet, die im Folgenden nur stichwortartig aufgezählt und nicht im einzelnen detailliert erläutert werden /Schw95/: •

Beeinflussung des Randwinkels durch die tatsächliche Rauheit technischer Oberflächen,

•

Benetzung unterschiedlicher Stoffphasen des Festkörpers (z. B. Zementstein und Zuschlag bei Beton),

•

Bewertung des Eindringvermögens einer Flüssigkeit unter Berücksichtigung von Benetzungswinkel, Porengehalt und Kapillardruck,

•

Hysterese-Erscheinungen des Randwinkels,

•

Einfluss der Polarität der Oberfläche auf den Randwinkel.

Im Zusammenhang mit Flüssigkeiten hat sich anstelle des Begriffs „Oberflächenenergie“ der Begriff „Oberflächenspannung“ durchgesetzt. Zur Klassifizierung der Benetzbarkeit von festen Körpern durch Flüssigkeiten wurde der Begriff kritische Oberflächenenergie der Benetzung von Festkörpern γc eingeführt /Schw95/ und die Annahme getroffen, dass die Oberfläche eines festen Körpers von jeder Flüssigkeit benetzt wird, deren Oberflächenenergie geringer als die kritische Oberflächenenergie des Festkörpers ist (Bild 3.8). Die kritische Oberflächenenergie des Festkörpers wird indirekt durch die Benetzung einer Oberfläche mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Oberflächenspannungen bestimmt. Innerhalb Reihen homologer Flüssigkeiten nehmen die Randwinkel gegen ein und denselben Festkörper mit abnehmender Flüssigkeitsoberflächenspannung ab. Der Wert  oberhalb dessen cos ϑ kleiner ist als 1, wird als kritische Oberflächenspannung der Benetzung C bezeichnet. Experimentell leicht bestimmbar gibt also C als Materialkennwert diejenige Oberflächenspannung an, die das flüssige Material höchstens haben darf, um auf dem Grundwerkstoff spreiten zu können. Im Gegensatz zu polymeren Beschichtungsstoffen und vielen anderen organischen Verbindungen liegen im Falle mineralischer Betonoberflächen energiereiche Flächen vor, die jedoch unter atmosphärischen Bedingungen stets mit einer bis zu mehrere Moleküllagen dicken Adsorbatschicht aus Gasen oder Dämpfen belegt sind. Durch derartige Anlagerungen werden i. d. R. die wirksamen Oberflächenenergien und damit die Benetzungseigenschaften in Richtung energiearme Oberflächen verändert.

3.2 Grundlagen der Adhäsionskunde

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3

Bild 3.8: Kritische Oberflächenenergie der Benetzung /Zis63/

3.2.3.2 Physisorption – molekularphysikalische Mechanismen Als Ursache der Physisorption werden intermolekulare Kräfte, die van der Waalsschen Kräfte und Wasserstoff-Brückenbindungen, angesehen. Diese Kräfte bewirken eine molekulare Nahordnung infolge gegenseitig orientierter elektrischer Felder, wobei ein energetisch begünstigter Zustand entsteht. Man unterscheidet im Wesentlichen Orientierungskräfte, Induktionskräfte und Dispersionskräfte /Ben03/: •

Orientierungskräfte (Dipol - Dipol): Es lässt sich eine Beziehung für die mittlere Wechselwirkungsenergie zwischen Molekülen mit permanentem Dipol in Abhängigkeit von deren Entfernung ableiten.

•

Induktionskräfte (Dipol - Induzierter Dipol): Die Wechselwirkung zwischen zwei Teilchen, von denen das eine einen permanenten Dipol trägt, während das andere vom ersten Teilchen polarisiert wird.

•

Dispersionskräfte (Induzierter Dipol - Induzierter Dipol): Selbstinduktion eines Dipols durch ein gleichartig schwingendes Zweiteilchensystem.

Eine Sonderstellung nehmen die sog. Wasserstoff-Brückenbindungen ein. Hier wird der positive Pol des Dipols zweier Moleküle von einem Wasserstoffatom gebildet. In Bild 3.9 sind schematisch intermolekulare Bindungen dargestellt. Aufgrund eines permanenten Dipol-Effekts bilden sich Dipol-Dipol-Wechselwirkungen z. B. zwischen Polyestermolekülen aus. Zur Bildung von Wasserstoff-Brückenbindungen kann es z. B. zwischen den Makromolekülen von Polyurethanen kommen /Schw95/.

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3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3

Bild 3.9: Schematische Darstellung intermolekularer Bindungen /Schw95/

Generell erreichen die Bindungsenergien intermolekularer Bindungen (Nebenvalenzen) geringere Werte als die im nächsten Abschnitt erläuterten chemischen, interatomaren oder Hauptvalenzbindungen. Für die resultierenden Kräfte werden in /Pae79/ folgende Angaben zur Bindungsenergie gemacht: •

infolge Orientierungskräften:

 37 kJ/mol

•

infolge Induktionskräften:

 2 kJ/mol

•

infolge Dispersionkräften:

 17 kJ/mol

•

infolge Wasserstoffbrücken:

 50 kJ/mol

Aufbauend auf diesen elektrischen Wechselwirkungen der Moleküle wurden im Wesentlichen folgende Hinweise auf funktionelle Abhängigkeiten zwischen dem dielektrischen Verhalten der Adhäsionspartner und ihrem Haftvermögen erarbeitet /Schw95/, /Bis83/, /Mic69/: • Die Polarisationstheorie nach de Bruyne aus dem Jahre 1935 wird in Adhäsionsregeln zusammengefasst, die zum einen eine feste Verbindung zwischen Adhärens und Adhäsiv ausschließen, wenn einer der Partner polar und der andere unpolar ist, und zum anderen als notwendige Voraussetzung für adhäsive Bindungen einen maximalen Molekülabstand von 50 nm nennen. • Die elektrostatische Theorie nach Derjagin aus dem Jahre 1950 basiert auf der Grundlage der Ausbildung einer elektrischen Doppelschicht in der Kontaktfläche infolge von Diffusion der Ladungsträger. • Die Diffusionstheorie nach Vojucki aus dem Jahre 1960 geht davon aus, dass im Falle der Adhäsion zweier Polymerphasen (z. B. zwei Schichten eines Oberflächenschutzsystems) im molekularen Bereich eine mechanische Verzahnung durch Diffusion von ganzen Molekülketten bzw. Kettensegmenten entstehen kann.

3.2 Grundlagen der Adhäsionskunde

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3.2.3.3 Chemisorption – Chemische Bindungen Chemische Bindungen werden durch interatomare Kräfte (Hauptvalenzkräfte) mit Bindungsenergien von 60 bis 1000 kJ/mol gebildet. Grundsätzlich besteht das Wesen der chemischen Hauptvalenzbindung in der Wechselwirkung der Elektronen der äußersten Schale (Valenzelektronen) mit der Folge einer energiebegünstigten gegenseitigen Fixierung der Atomkerne. Zu unterscheiden sind drei Arten von Hauptvalenzbindungen, die sich im Charakter des Bindungsmechanismuses deutlich differenzieren (Bild 3.10). Die Ionenbindung beruht auf der Aufnahme und Abgabe von Elektronen, was zu einer Veränderung der Atom- bzw. Molekülladung führt und den Übergang des Rumpfatoms zum Ionenzustand bewirkt. Die kovalente Bindung (auch als Atombindung bezeichnet) beruht auf der Ausbildung gemeinsamer Elektronenpaare durch zwei Atomkerne. Zwei Atome können über mehr als ein gemeinsames Elektronenpaar verfügen. Man spricht dann von einer Mehrfachbindung. Bei einer Doppelbindung sind zwei, bei einer Dreifachbindung sind drei gemeinsame Elektronenpaare vorhanden. Die kovalenten Bindungen in einem Polymer beeinflussen die Adhäsion zum Beton bzw. zu einem anderen Polymer im Allgemeinen nicht. Ein Einfluss auf die Adhäsion entsteht, wenn kovalente Bindungen zwischen zwei Materialien aufgebaut werden. So wurden mehrfach kovalente Bindungen zwischen Silikatoberfläche (z. B. Glasfasern) und Silanen nachgewiesen /Fie87/. Die metallische Bindung bewirkt den Aufbau der Metalle in Form einer regelmäßigen, räumlich geometrischen Gitterstruktur der metallischen Rumpfatome mit dazwischen frei beweglichen Elektronen („Elektronenwolke“). In der Beschichtungstechnologie hat diese Bindungsart eine gewisse Bedeutung im Falle metallischer Substrate. Beim Verzinken von Baustahl („Feuerverzinkung“) kommt es z. B. durch teilweises Abwandern von Eisenatomen aus dem Substrat und Zuwandern von Zinkatomen zu einer atomaren Vergitterung der beiden Metalle /Schw95/.

Bild 3.10: Schematische Darstellung chemischer Bindungsarten nach /Wes88/

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3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3.2.4 Interaktion der Adhäsionsmechanismen

3

Entsprechend den vorangegangenen Abschnitten kann die Ursache adhäsiver Kräfte zwischen artfremden Stoffphasen auf mechanische Verzahnungseffekte, physikalische Wirkungen und chemische Reaktionen zurückgeführt werden. Keiner der genannten Faktoren reicht allein zur vollständigen Erklärung der Adhäsion aus, sondern alle haben einen Anteil an den komplex verknüpften Adhäsionsmechanismen. Für die Ausbildung adhäsiver Kräfte sind geometrische und physikalisch-chemische Oberflächeneigenschaften des Substrats und die physikalisch-chemischen Eigenschaften des flüssigen Adhäsivs von Bedeutung. Nach der Polarisationstheorie scheinen die Polaritätseigenschaften von Substrat und Adhäsiv für die Ausbildung physikalischer Bindungen eine herausragende Rolle zu spielen. Die Benetzbarkeit eines Substrats als Voraussetzung für das Zustandekommen von Bindungsmechanismen kann mit Hilfe der oberflächenenergetischen Kenngrößen von Substrat und Adhäsiv abgeschätzt werden. Praktische Erfahrungen zeigen, dass anhand von Benetzungsversuchen polare und unpolare Oberflächenstrukturen detektierbar sind. Bild 3.11 zeigt zusammenfassend die wesentlichen Einflüsse auf die technische Adhäsion.

Bild 3.11: Interaktionsschema zu den Einflüssen auf die Adhäsion nach /Sas94/

3.3 Problematik der „osmotischen“ Blasenbildung

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Die große Zahl sich teilweise gegenseitig beeinflussender Parameter erschwert die Beurteilung der Ursachen für Schadensfälle durch Adhäsionsversagen. In ungünstig gelagerten Fällen ist eine genaue Klärung mit den zur Verfügung stehenden Mitteln unter Umständen nicht möglich.

3.3 Problematik der „osmotischen“ Blasenbildung bei Beschichtungen auf Beton 3.3 Problematik der „osmotischen“ Blasenbildung

3.3.1 Einführung Seit etwa 35 Jahren ist das Schadensbild der Blasenbildung bekannt, bei dem sich einige Wochen bis Monate nach Applikation einer mehrlagigen Beschichtung i. d. R. flüssigkeitsgefüllte Blasen zwischen den Polymerschichten bilden. Typischerweise treten diese Blasenbildungen bei Oberflächenschutzsystemen mit Schichtdicken im mm-Bereich, z. B. bei befahrbaren Systemen oder bei dickschichtigen Behälterauskleidungen, auf. In Bild 3.12 sind derartige Schäden dargestellt. Zur Klärung der Ursachen wird i. d. R. aus einer Blase mittels einer Kanüle Blasenflüssigkeit entnommen, um deren Zusammensetzung im Labor zu analysieren. Bisher ging man bei den Mechanismen dieser Blasenbildung von osmotischen Vorgängen aus, bei denen in der Kontaktzone Beton/Grundierung eine semipermeable Membran als Voraussetzung sich bildender osmotischer Drücke vorhanden ist. Als Osmose wird der Lösungsmittelstrom zwischen zwei durch eine semipermeable Membran getrennte Flüssigkeiten bezeichnet, die eine Substanz in unterschiedlichen Konzentrationen oder verschiedene Substanzen enthalten. Bei der Osmose kann lediglich das Lösungsmittel, z. B. Wasser, die semipermeable Membran überwinden, die gelösten Verbindungen jedoch nicht. Die Höhe des osmotischen Druckes ist direkt proportional zu der Konzentration der Lösung. Anhand von Laborversuchen und Analysen von Schadensfällen wurde jedoch gezeigt, dass die Kontaktzone Beton/Grundierung im Bereich vorhandener Blasen für gelöste Alkalien permeabel ist. Gleichzeitig zeigen Untersuchungen an den in den Blasen enthaltenen Flüssigkeiten, dass der Anteil an anorganischen Verbindungen (Natrium, Kalium etc.) aus dem Beton verglichen mit dem Anteil an organischen Verbindungen aus den Polymeren in der Blasenfüssigkeit erheblich höher ist. Somit können rein osmotische Transportvorgänge als Ursache der Blasenbildung ausgeschlossen werden /Wol07/. Neben diesem Schadensbild, dem Entstehen von Blasen in der Beschichtung Wochen bis Jahre nach der Applikation des Beschichtungsstoffes (zeitverzögerte Entstehung), existiert ein zweites Schadensbild, bei dem direkt während der Applikation Blasen auftreten. Diese sind häufig auf verarbeitungsbedingte Lufteinschlüsse im Beschichtungsmaterial oder aus dem Untergrund entweichende Luft zurückzuführen /Klo76/, /Loh07/. Auf dieses Schadensbild wird im nachfolgenden nicht weiter eingegangen.

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3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

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Bild 3.12: Oben: Bildung zahlreicher kleiner Blasen in einer Parkhausbeschichtung. Unten links: In einer Beschichtung entstandene Blase, aus der Blasenflüssigkeit entnommen wird. Rechts: Geöffnete Blase

3.3.2 Ursachen für die zeitverzögerte Entstehung von Blasen Damit Blasen in mehrlagigen Beschichtungen auf Beton zwischen Grundierung und der darauf liegenden ersten Beschichtungslage, i. d. R. einer elastischen Schicht aus Polyurethan, entstehen können, muss zum einen das Beschichtungsmaterial oberhalb der Blase druckdicht sein, um den Druck zur Ausbildung des Blasenhohlraumes aufzubauen. Zum anderen müssen Wassermoleküle außerhalb der Beschichtung vorhanden sein und Fehlstellen innerhalb der Grundierung vorliegen. Druckdichte Beschichtungsstoffe sind teilweise zur Gewährleistung der Funktion des Beschichtungssystems erforderlich und Wassermoleküle sind im Beton üblicherweise vorhanden. Lokale Fehlstellen innerhalb der erhärteten Epoxidharzgrundierung sind der wesentliche Ausgangspunkt für die Entstehung einer Blase oberhalb der Grundierung. Diese Fehlstellen stellen die erforderliche Verbindung zwischen dem Kapillarporengefüge des Betons und dem Inneren der Blase dar /Wol08/.

3.3 Problematik der „osmotischen“ Blasenbildung

Der erforderliche Druck zur Ausbildung des Blasenhohlraumes wurde mittels Laborversuchen und FE-Berechnungen auf lediglich etwa 0,1 N/mm² bestimmt /Wol08/. Im Beton sind in Abhängigkeit vom Wassergehalt und von der Temperatur dauerhaft Drücke vorhanden, deren Größenordnung 2 bis 3 bar, d. h. 0,2 bis 0,3 N/mm², und mehr erreichen kann /Wol07/. Ursache für die zur Blasenbildung notwendigen Drücke können somit im Wesentlichen temperaturund feuchtebeeinflusste Druckschwankungen innerhalb des Porengefüges des Betons sein. Eine Delamination zwischen Grundierung und nachfolgender Polyurethanbeschichtung kann auch durch Bläschenbildung in der der Grundierung zugewandten Seite der Polyurethanschicht verursacht werden. Die Ursache der Bläschenbildung ist auf eine Nebenreaktion der Isocyanatkomponente der Polyurethanbeschichtung mit Wasser, z. B. infolge einer Taupunktunterschreitung des Untergrundes beim Auftrag, zurückzuführen (die Beschreibung der Reaktion erfolgt in Abschnitt 4.3.3). Die durch die Reaktion der Isocyanatkomponente mit Feuchtigkeit hervorgerufene Bläschenbildung führt zu einer Schwächung des Verbundes zwischen Grundierung und nachfolgender Beschichtung, so dass bereits geringe Drücke aus dem Beton oder eine mechanische Beanspruchung durch Verkehr zu einer lokalen bis großflächigen Delamination der Polyurethanbeschichtung führen können /Wol08/.

3.3.3 Vermeidung der Blasenbildung von Beschichtungen auf Beton Mit dem bisherigen Wissen über die Mechanismen der Blasenbildung innerhalb von Beschichtungen auf Beton können Maßnahmen ergriffen werden, die die Wahrscheinlichkeit der Blasenentstehung verringern bzw. in der Summe praktisch eine Blasenbildung ausschließen. Die Einzelmaßnahmen lassen sich drei Hauptgruppen zuordnen. Maßnahmen hinsichtlich des Betonuntergrunds •

Verringerung des Wassergehaltes des Betons. Dies ist baupraktisch nur bedingt möglich, da nicht nur die Randzone des Betons, sondern auch der Kernbeton in einer Tiefe von mehreren Zentimetern austrocknen muss. Der dazu erforderliche Zeitraum kann mehrere Jahre betragen. Gewöhnlich sollte eine Epoxidharzgrundierung auf einen in der Randzone abgetrockneten Beton aufgetragen werden /Wol08/. Spezielle Materialien können ggf. auf einen nassen Beton eingesetzt werden.

•

Verringerung des Kapillarporengefüges des Betons. Dies müsste bereits in der Planungsphase, bei der Festlegung der betontechnologischen Parameter, erfolgen.

Maßnahmen in der Epoxidharzformulierung •

Die Einflussfaktoren seitens der Epoxidharzformulierung auf die Entstehung von Blasen sind noch nicht vollständig geklärt. Epoxidharzformulierungen mit einem hohen Anteil an Modifizierungsmittel, z. B. Benzylalkohol oder Nonylphenol (Abschnitt 4.3.2, mehr als 10 Massenprozent bez. auf die Gesamtmasse), können bei Auftrag auf einen mineralischen Untergrund jedoch eine Mischungsinstabilität aufweisen /Wol07/, die sich negativ auf das Risiko einer Blasenbildung auswirkt.

Maßnahmen bei der Applikation der Grundierung •

Untergrundvorbereitung des Betons durch Strahlen mit festem Strahlgut (Rautiefe etwa 0,5 mm, nach Sandflächenverfahren (Abschnitt 9.4.2) bestimmt) /Wol08/.

•

Zweischichtiges Aufbringen der Grundierung, wobei die erste Lage der Grundierung in frischem Zustand mit Quarzsand abgestreut und nach 24 Stunden eine weitere Lage der Grundierung aufgebracht wird. Da durch eine ordnungsgemäße Abstreuung (gleichmäßi-

59

3

60

3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

ge, ausreichende Abstreuung mit abgestimmter Körnung, Entfernung des überschüssigen Sandes) die Adhäsion zwischen Grundierung und nachfolgenden Schichten signifikant erhöht wird, sollte auf diese Abstreuung nicht verzichtet werden. Eine Delamination zwischen Grundierung und Polyurethanbeschichtung, hervorgerufen durch die Reaktion von Isocyanat mit Feuchtigkeit, kann vermieden werden, indem wie vorgeschrieben die Lufttemperatur, Luftfeuchte sowie Bauteiltemperatur gemessen und der Abstand zwischen Bauteiltemperatur und Taupunkttemperatur von mindestens 3 K eingehalten werden /Wol08/.

3

3.4 Konsequenzen für die Applikation der Materialien für Schutz- und Instandsetzung 3.4 Konsequenzen für die Applikation der Materialien

3.4.1 Allgemeines Die erläuterten Adhäsionsmechanismen verdeutlichen ebenso wie die Mechanismen bei der Blasenbildung von Beschichtungen auf Beton die Bedeutung einer überlegten Vorgehensweise bei der Applikation von Materialien auf Beton. Sowohl der Untergrund, das Material, die Witterungs- und Umgebungsbedingungen als auch das Applikationsverfahren müssen für eine erfolgreiche Maßnahme gewisse Voraussetzungen erfüllen, die im Folgenden erläutert werden. Zunächst werden sowohl die Anforderungen an den Untergrund als auch Verfahren zum Erreichen der Anforderungen dargestellt. Des Weiteren erfolgen Erläuterungen zu Randbedingungen, die bei einer Applikation weitgehend materialunabhängig eingehalten werden müssen. Abschließend wird auf Anforderungen an die Materialien eingegangen.

3.4.2 Anforderung an den Untergrund 3.4.2.1 Oberflächenbeschaffenheit Für örtliche Ausbesserungen bzw. flächige Beschichtungen muss der Betonuntergrund entsprechend RL-SIB /DAfStb01/ •

frei sein von losen und mürben Teilen sowie von sich leicht ablösenden arteigenen Schichten (z. B. Zementhaut) und darf nicht abmehlen oder absanden,

•

frei sein von etwa parallel zur Oberfläche oder schalenförmig im oberflächennahen Bereich verlaufenden Rissen und Ablösungen,

•

frei sein von Graten,

•

eine dem zu verwenden Stoff angepasste Rauheit aufweisen,

•

frei sein von artfremden Stoffen (wie Gummiabrieb, Trennmittel, ungeeignete Altbeschichtungen, Ausblühungen, Öl, Bewuchs u. ä.).

Kiesnester, Hohlstellen und Risse sind sachgerecht auszuarbeiten und zu füllen. Die Vorgehensweise ist im Abschnitt 6 erläutert. Weitergehende Erläuterungen zur Oberflächenrauheit und Ebenheit können z. B. /Mom06/ entnommen werden.

61

3.4 Konsequenzen für die Applikation der Materialien

3.4.2.2 Oberflächenzugfestigkeit Der Betonuntergrund von Bauwerken und Bauteilen aus Beton und Stahlbeton nach den Normreihen DIN 1045 und DIN EN 206 muss die in Abschnitt 2.3 in Tabelle 2.1 aufgeführten Oberflächenzugfestigkeiten mindestens aufweisen /DAfStb01/. Die erforderliche Oberflächenzugfestigkeit hängt von der geplanten Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme ab. Für Maßnahmen zum Schutz und zur Instandsetzung von unbewehrten und bewehrten Wasserbauwerken aus Beton gelten die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen – Wasserbau (ZTV-W). Vorhaben zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen an Brücken und vergleichbaren Ingenieurbauwerken im Geschäftsbereich Bundesfernstraßen werden durch die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING) geregelt. Während die ZTV-ING die gleichen Mindestwerte an Oberflächenzugfestigkeiten des Betonuntergrundes fordert wie die RL-SIB, stellt die ZTV-W weitergehende Anforderungen für den Fall des Einsatzes von Spritzmörteln/Spritzbetonen. Tabelle 3.1 fasst die geforderten Abreißfestigkeiten des Betonuntergrunds nach ZTV-W /ZTVW/ zusammen. Tab. 3.1: Geforderte Abreißfestigkeiten der Betonunterlage nach ZTV-W LB 219 /ZTVW/ für den Bereich des Wasserbaus System

Mittelwert

Beton

Spritzbeton

kleinster Einzelwert N/mm²

unbewehrt

 1,5

 1,0

verankert, bewehrt

keine Anforderung

keine Anforderung

verankert,

d  150 mm

keine Anforderung

keine Anforderung

bewehrt

d < 150 mm

 0,8

 0,5

1)

 0,8  1,2  1,5

 0,5  0,8  1,0

 1,5

 1,0

keine Anforderung  1,3  1,0  1,3  1,5

keine Anforderung  0,8  0,6  0,8  1,0

Spritzmörtel/ Spritzbeton

unbewehrt

S-A2 S-A32) S-A43)

PCC

unbewehrt

OS

OS 1 OS 4 OS 5 ohne Feinspachtel OS 5 mit Feinspachtel OS 11

1)

Altbetonklasse nach Tabelle 0.2 der ZTV-W mit Druckfestigkeit > 10 N/mm² Altbetonklasse nach Tabelle 0.2 der ZTV-W mit Druckfestigkeit > 20 N/mm² 3) Altbetonklasse nach Tabelle 0.2 der ZTV-W mit Druckfestigkeit > 30 N/mm² 2)

Die Prüfung der Oberflächenzugfestigkeit ist in Abschnitt 2.3 beschrieben.

3.4.2.3 Chemische Eigenschaften Nach Feststellung von Lage und Betondeckung der Bewehrung müssen die Tiefe der Karbonatisierungsfront und ihr Abstand von der Bewehrung entsprechend Abschnitt 2.9 festgestellt und beurteilt werden. Besteht der Verdacht auf eingedrungene Schadstoffe, z. B. Chloride oder

3

62

3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

Sulfate, sind deren Art und Gehalt in einem Tiefenprofil zu ermitteln und zu beurteilen. Untersuchungsmethoden zur Bestimmung des Chloridgehaltes sind in Abschnitt 2.10 dargestellt. Falls Polymerbeschichtungen auf chloridhaltigen Beton appliziert werden sollen, ist zu beachten, dass die mit dem Beton in Kontakt kommenden Stoffe ausreichend beständig gegenüber den im Beton vorhandenen Chloriden sind.

3.4.2.4 Wassergehalt im Beton

3

Basierend auf veralteten Regelwerken wird häufig die Zahl 4 Massenprozent (M.-%) (gemessen mit dem CM-Gerät) als kritischer Wassergehalt im Beton für die Applikation von Polymerbeschichtungen genannt. Dieser absolute Zahlenwert ist jedoch nicht haltbar, da der zulässige Wassergehalt von einer Vielzahl an Parametern, u. a. Zementgehalt, Wasserzementwert und Porenvolumen, abhängt. Zusätzlich kann sich der Feuchtegradient im Beton nach einer Beschichtung durch veränderte Diffusionsverhältnisse verschieben und damit die Feuchte an der Beschichtung beeinflussen. Ein drittes Problem bei der Angabe eines festen zulässigen Wassergehaltes ist die häufig ungenaue Bestimmung des Wassergehaltes. Lediglich der Darrversuch erlaubt direkte Rückschlüsse auf den Wassergehalt in M.-% an der untersuchten Stelle. Der zulässige Wassergehalt des Betons für organische Beschichtungen wird von der Art des eingesetzten flüssigen Beschichtungsmaterials bestimmt. Ungesättigte Polyester, Expoxidharze und Polyurethane reagieren i. d. R. während der Aushärtung empfindlich auf Untergrundfeuchte und Niederschlagseinwirkungen. Das Wasser kann die Erhärtungsreaktionen verhindern oder unerwünschte Nebenreaktionen wie Schaumbildung bei Polyurethanen auslösen. Die Eindringtiefe organischer Beschichtungen oder Hydrophobierungen in die Kapillarporen des Betons und die Benetzbarkeit verschlechtern sich mit zunehmender Wasserfüllung des Kapillarporengefüges, wodurch sowohl die mechanische als auch die spezifische Adhäsion reduziert wird. Die RL-SIB /DAfStb01/ gibt an, dass bei einer Instandsetzungsmaßnahme die Feuchteverhältnisse des gesamten Bauteils zu berücksichtigen sind. Eine Klassifizierung der Betonfeuchte nach RL-SIB ist im Abschnitt 2.4.2 dargestellt. Unmittelbar vor dem örtlichen Ausbessern, dem Imprägnieren bzw. dem flächigen Beschichten sind folgende Anforderungen nach /DAfStb01/ zu erfüllen: •

Die meisten kunstharzgebundenen Betone bzw. Mörtel, Imprägnierungsmittel und filmbildenden Beschichtungsstoffe erfordern einen trockenen bis höchstens feuchten Betonuntergrund.

•

Für das Aufbringen einer zementgebundenen Beschichtung oder Haftbrücke und für die örtliche Ausbesserung mit zementgebundenem Beton bzw. Mörtel ohne oder mit Kunststoffzusatz sowie wasserdispergierbare filmbildende Kunststoffbeschichtungen muss bzw. kann der Betonuntergrund feucht sein.

•

Besteht die Gefahr einer rückseitigen Durchfeuchtung sind weitere materialspezifische Anforderungen zu erfüllen.

Bei der Instandsetzung mit Spritzbeton bzw. Spritzmörtel mit Kunststoffzusatz muss nach ZTV-ING /ZTV03/ der Untergrund zum Zeitpunkt des Aufbringens mattfeucht sein.

63

3.4 Konsequenzen für die Applikation der Materialien

3.4.2.5 Betontemperaturen Die Temperatur des Untergrunds beeinflusst den Erhärtungsverlauf und die Eigenschaften von ausgehärteten Beschichtungen und Belägen stärker als die Temperatur der Umgebungsluft, weil der Wärmeaustausch unmittelbar durch Wärmeleitung erfolgt und kein hoher Wärmeübergangswiderstand zu überwinden ist. Zusätzlich ist die Kontaktfläche im Verhältnis zum Volumen der Beschichtung sehr groß, so dass diese rasch die Temperatur des Untergrundes annehmen. Allgemein gilt, dass niedrige Temperaturen die Erhärtungszeit verlängern, während höhere sie verkürzen. Auch die Verarbeitungszeit wird durch hohe Temperaturen verkürzt. Die Temperaturabhängigkeit der Materialeigenschaften wird in den Kapitel 4 und 5 detaillierter behandelt. Richtwerte für die Temperaturen des Betonuntergrundes und der unmittelbar anstehenden Luftschicht in Abhängigkeit vom aufzubringenden Material sind in Tabelle 3.2 zusammengefasst. Generell müssen während des Aufbringens eines Materials und im angemessenen Zeitraum danach die für den jeweiligen Schutz- und Instandsetzungsstoff festgesetzten Bereiche der Temperaturen eingehalten werden. Die Oberflächentemperatur des Betons bzw. bei mehrlagigen Beschichtungen die jeweils obere Schicht muss für kunststoffgebundene Stoffe immer mindestens 3 K über der Taupunkttemperatur liegen, um Kondenswasserbildung auf der Oberfläche zu vermeiden. Weiterhin ist die Entwicklung der Temperaturen für den Zeitraum der Ausführung und Erhärtung zu beachten. Tab. 3.2: Grenztemperaturen des Betonuntergrundes und der unmittelbar überlagernden Luftschicht (Richtwerte) nach RL-SIB /DAfStb01/ Temperatur in °C Aufzubringender Stoff

Kleinstwert

Größtwert

Zementgebundene Stoffe, auch mit Kunststoffzusatz

5

30

Reaktionsharze und Reaktionsharzmörtel/-betone

8

40

Hydrophobierungen

8

25

einkomponentige, lösemittelhaltige Oberflächenschutzsysteme

8

30

wasserdispergierbare Oberflächenschutzsysteme

10

40

Nach ZTV-ING /ZTV03/ gelten für Spritzbeton folgende Regelungen: 1) Spritzbeton darf nur aufgebracht werden, wenn die Temperatur der Auftragsfläche mindestens 3 °C beträgt. 2) Sind während der Ausführung Luft- und Bauteiltemperaturen unter 3 °C zu erwarten, sind die Arbeiten einzustellen oder besondere Maßnahmen zu ergreifen, die ein Absinken der Temperaturen unter diese Grenzwerte verhindern. 3) Werden Spritzbetonarbeiten bei heißer Witterung durchgeführt, sind Vorkehrungen zu treffen, damit die Temperatur der Betonunterlage 25 °C nicht überschreitet.

3

64

3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3.4.3 Untergrundvorbereitung

3

Für den Schutz- bzw. die Instandsetzung von Betonbauwerken ist entsprechend der vorangegangen Erläuterungen eine Untergrundbearbeitung unverzichtbar. Der Erfolg und die Dauerhaftigkeit jeder Maßnahme hängen zunächst von der Untergrundvorbereitung ab. Auf jeden Fall ist die Betonoberfläche wenigstens zu säubern. Die Art der Untergrundbearbeitung richtet sich nach der Art der Beeinträchtigung und dem zu erreichenden Zustand. Oft ist eine mehrstufige Bearbeitung erforderlich. Eine detaillierte Beschreibung der unterschiedlichen Verfahren zur Untergrundvorbereitung kann /Mom05/ entnommen werden. Tabelle 3.3 gibt einen Überblick über gängige Verfahren und deren Anwendungsbereiche. Einen visuellen Eindruck über die Wirkung unterschiedlicher Verfahren bietet Bild 3.13. Tab. 3.3: Verfahren für die Vorbereitung des Betonuntergrundes nach RL-SIB /DAfStb01/ Verfahren

Art Stemmen

Anwendungszweck* Gerät, Material, Stoff

1

2

3

Hammer Meißel

x

x

x

Meißel

von Hand

Pressluft od. elektrisch

4

Anwendungsbereich

Anforderungen

5

Umfang der Nachbearbeitung

örtlich, für kleinere Beschädigungen Strahlen Flächen a) des Betonstahls sind zu vermeiden; besondere Vorsicht bei Spanngliedern

x a)

Nadelpistole

x

x

(x) g)

Bürsten

rotierende Stahlbürste

x

x

(x) g)

Fräsen

Fräsmaschine

x

x i)

Schleifgerät

x

x

örtlich, für kleinere Flächen

Säubern

Flamm- Geräte zur thermistrahlen schen und mechanischen Behandlung b)

x

x

waagerechte und Gemäß DIN 32 539, senkrechte Flächen aber mit Geschwindigkeit ≥ 1,0 m/min & mechanischem Vortrieb

Säubern nach mechanischer Behandlung

Großflächiger Abtrag mit definierter Tiefe

Schleifen

x i) j)

Anwendungsbereich ist geräteabhängig großflächige Abtragung auf waagerechten Oberflächen

Säubern

Betonabtrag je Arbeitsgang ≤ 5 mm höhengleiche Überlappung der Fräsbahnen ≤ 5 cm: Einsatz eines elektr. Nivelliergerätes

Strahlen einschließlich unbehandelt verbliebener kleinerer Flächen

65

Gerät, Material, Stoff

Fortsetzung Tabelle 3.3 Verfahren

Art

Anwendungszweck* Gerät, Material, Stoff

Anwendungsbereich

Anforderungen

1

2

3

4

Staub- Strahlen mit festen armes Strahlmitteln bei gleichStrahlen zeitigem Absaugen; Kugelstrahlen

x

x

(x c)

x

geräteabhängig auf waagerechten und/oder senkrechten Flächen

Strahlen Druckluftstrahlen mit festen Strahlmitteln

x

x

(x c)

x

waagerechte und Staubschutz erforder- Säubern senkrechte Flächen lich; Gefahrstoffverordnung beachten; Druckluft ölfrei! d)

Nebelstrahlen; Feuchtstrahlen mit festem Strahlmittel

x

x

(x (x c) h)

Hochdruckwasserstrahlen ≥ 60 N/mm²

x

x

(x (x e) h)

Säubern Abblasen Druckluft

5

Umfang der Nachbearbeitung

Staubschutz kann entfallen Druckluft ölfrei! d)

mit

x

vorzugsweise auf Druckluft ölfrei! d) nicht waagerechten Staubschutz erforFlächen a) derlich

Absaugen mit Industriesaugern

x

Regelverfahren auf Verwendete Sauger großen waage- müssen Wasser und rechten Flächen grobe Teile aufnehmen können

x

Entfernen von atmosphärischen Verunreinigungen auf dem Beton

Wasserstrahlen, Dampfstrahlen, Heißwasserstrahlen

(x f)

* Anwendungszweck 1 2 3 4 5

a) b) c) d)

Entfernen der Reste von Beschichtungen, Nachbehandlungsfilmen, oberflächigen Verunreinigungen Entfernen von Zementschlämmen und minderfesten Schichten Abtragen von schadhaftem Beton/Betonersatz sowie Freilegen der Bewehrung Entfernen von Rostprodukten an freiliegender Bewehrung und anderen Metallteilen Säubern des Betonuntergrundes von Wasser, Staub und losen Teilen

Gefahr der tiefergehenden Zerstörung des Betons Die thermisch geschädigten Bereiche des Betons sind zu entfernen Grad des Betonabtrags ist abhängig vom Druck und von der Art und Menge des Strahlmittels Ölfrei: Die eingesetzten Baukompressoren müssen Ölausscheider mit einem nachgewiesenen Wirkungsgrad von ≤ 0,01 ppm Restölgehalt haben. e) Grad des Betonabtrags ist druckabhängig f) Reste von Beschichtungen können nicht immer entfernt werden g) Nicht für zu beschichtende Bewehrungen und andere Metallteile h) Gegebenenfalls trocken nachstrahlen i) Der maximale Abtrag von ≤ 5 mm ist unbedingt einzuhalten, da bei größerem Abtrag eine tiefergehende Zerstörung des Betons wahrscheinlich ist. j) Nicht zum Freilegen der Bewehrung

3

66

3 Adhäsion von Schutz- und Instandsetzungsmaterialien

3

Bild 3.13: Unterschiedlich behandelte Oberflächen eines Betons C30/37 vergleichend gegenüber gestellt (Platte 1-1: Kleine Rautiefe nach Kugelstrahlen; Platte 3-1: Große Rautiefe nach Klopffräsen und Kugelstrahlen, Platte 4-3: Große Rautiefe nach Walzenfräse; Platte 5-1: Große Rautiefe nach Walzenfräse und Kugelstrahlen) /Rau06b/

Durch die Untergrundvorbereitung werden nicht nur lose anhaftende sowie minderfeste Betonbestandteile, Verunreinigungen und artfremde nicht fest haftende Beschichtungen, Trennmittelrückstände, Nachbehandlungsfilme entfernt, sondern – je nach Verfahren – auch Veränderungen im Betongefüge der Randzone vorgenommen. Schlagend wirkende oder thermische Verfahren können je nach Intensität das Gefüge des verbleibenden Betons lockern und die Festigkeit herabsetzen. Deshalb ist bei solchen Verfahren stets ein nachfolgender Arbeitsschritt erforderlich /Mom05/. Dabei ist bei der mechanischen Behandlung vom gröberen zum feineren Verfahren fortzuschreiten. In Abhängigkeit von der Porosität des Betons können entstandene Gefügestörungen durch niedrigviskose Imprägnierungen gegebenenfalls verfestigt werden. Die Wirkung einer Verfestigung auf die Oberflächenzugfestigkeit ist jedoch objektspezifisch zu überprüfen. Bild 3.14 gibt einen Überblick über die Auswirkung unterschiedlicher Verfahren auf die Oberflächenzugfestigkeit eines Betons C30/37. Demnach wurden mit dem Kugelstrahlverfahren mittlerer Rautiefe die höchsten Oberflächenzugfestigkeiten erreicht, während große Rautiefen zu einer Reduktion der Oberflächenzugfestigkeit gegenüber der unbehandelten Betonoberfläche führten. Die geringsten Werte wurden nach dem Walzenfräsen vor der Nachbereitung durch Kugelstrahlen gemessen.

67

Gerät, Material, Stoff

3

Bild 3.14: Oberflächenzugfestigkeiten unterschiedlich behandelter Betonoberflächen (Beton C30/37) nach /Rau06b/

3.4.4 Witterungsbedingungen bei der Ausführung der Materialapplikation Beim Aufbringen der Materialien zum Schutz und der Instandsetzung von Betonoberflächen müssen die in Tabelle 3.4 aufgeführten Witterungsbedingungen eingehalten werden, insofern der Hersteller keine abweichenden Angaben macht. Tab. 3.4: Witterungsbedingungen bei der Materialapplikation nach RL-SIB /DAfStb01/ Exposition relative feuchte

zementgebundene Stoffe, auch mit Kunst- kunststoffgebundene Stoffe stoffzusatz

Luft- keine Forderung

Bauteiltemperatur muss mindestens 3 K über dem Taupunkt liegen

Niederschlag

kein Regen

kein Regen oder Nebelnässen

Wind

Windstärke ≤ 3 Beaufort* , )

Staub muss ferngehalten werden

entsprechend ≤ ca. 5 m/s Sonne

Austrocknung durch Sonneneinstrahlung keine Anforderung muss vermieden werden

)

* Blätter und dünne Zweige bewegen sich

Wenn absehbar ist, dass die Anforderungen an die Witterungsbedingungen bei der Verarbeitung der Schutz- und Instandsetzungsstoffe nicht eingehalten und die Arbeiten zeitlich nicht verschoben werden können, sind entsprechende Schutzmassnahmen (Einhausungen, beheizte Zelte, etc.) erforderlich. Dies sollte bereits bei der Ausschreibung berücksichtigt werden.

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen für Schutzund Instandsetzungsstoffe 4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4.1 Allgemeines Für den richtigen Umgang mit Schutz- und Instandsetzungsstoffen sind Kenntnisse über die Werkstoffe unumgänglich. Auf die Beschreibung der generellen Eigenschaften von Polymeren wird im Rahmen dieses Buchs verzichtet, da diesbezüglich eine Vielzahl von Literatur, z. B. /Dom05/, zur Verfügung steht. Stattdessen erfolgt im Abschnitt 4.2 zunächst eine kurze Einführung in die Grundlagen der Polymerchemie, um darauf aufbauend in den Abschnitten 4.3 bis 4.6 Epoxidharze, Polyurethane, Acrylate, Silikone und Dispersionen hinsichtlich ihrer Eigenschaften und spezielle im Bauwesen relevante Aspekte zu behandeln. Abschließend wird im Abschnitt 4.7 auf zementgebundene Schutz- und Instandsetzungsstoffe eingegangen.

4.2 Grundlagen der Polymerchemie 4.2.1 Begriffsdefinition Kunststoffe sind hochmolekulare Werkstoffe (Polymere), die heute fast ausschließlich synthetisch hergestellt werden. Unter dem Sammelbegriff Polymer werden • Thermoplaste • Duroplaste (Duromere) und • Elastomere zusammengefasst. Die Ausgangsstoffe der Polymere werden als Monomere bezeichnet. Monomere weisen entweder Mehrfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen (ungesättigte Bindungen) oder reaktionsfähige Endgruppen (funktionelle Gruppen) auf. Der Aufbau der Polymere wird wesentlich durch die chemischen Hauptelemente • Kohlenstoff C und • Wasserstoff H bestimmt. Daneben sind für die Struktur und Eigenschaften der unterschiedlichen Polymere weitere Elemente von Bedeutung:

4.2 Grundlagen der Polymerchemie

69

• Sauerstoff O, • Stickstoff N, • Chlor Cl, • Fluor F und • Schwefel S. Neben dem chemischen Aufbau sind die Bildungsreaktionen und die Struktur der Polymere wesentliche Einteilungskriterien. Bei den Bildungsreaktionen wird zwischen Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition unterschieden, während die Struktur durch vernetzte sowie nicht vernetzte amorphe oder teilkristalline Polymere bestimmt wird.

4.2.2 Bildungsreaktionen 4.2.2.1 Polymerisation Polymerisation ist die Verkoppelung von reaktionsfreudigen Monomeren durch Aufbrechen der Doppelbindungen und damit ein „Aneinanderhängen“ von Einzelbausteinen zu Ketten ohne Abspaltung von Nebenprodukten. Diese Kettenwachstumsreaktion wird durch Temperatur, Druckzuführung und/oder Initiatoren eingeleitet. Bei exothermen Reaktionen muss Wärme abgeführt werden. Das entstehende Polymerisat enthält die Bausteine des Monomers ohne Doppelbindungen und hat eine höhere molare Masse (Molekulargewicht). Monomere + Initiator + Startenergie -> Polymer + Wärme Je nach Zusammensetzung bzw. der Kombination der Ausgangsstoffe wird zwischen Homound Copolymeren unterschieden. Homopolymerisate, z. B. Polyethylen, Polymethylmetacrylat, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid entstehen aus gleichen Monomerbausteinen (Bild 4.1).

Bild 4.1: Polymerisation von Ethylen zu Polyethylen

Bei Copolymerisaten, z. B. Styrol-Acrylnitril sind unterschiedliche Monomere am Aufbau der Kette beteiligt (Bild 4.2).

4

70

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Bild 4.2: Polymerisation von Styrol und Acrylnitril zu Styrol-Acrylnitril

4

Durch Polymerisation werden überwiegend thermoplastische Polymere erzeugt.

4.2.2.2 Polykondensation Polykondensation ist eine Stufenwachstumsreaktion zwischen reaktionsfähigen Gruppen unterschiedlicher Ausgangsstoffe unter Abspaltung niedermolekularer Anteile (Kondensat). Die Ausgangstoffe müssen keine Doppelbindungen enthalten, sondern funktionelle Gruppen, d. h. Atomgruppierungen, die besonders reaktionsfähig sind. Meistens erfolgt die Reaktion zwischen Wasserstoff und Alkohol- sowie Säuregruppen unter Bildung von Wasser. Die Kondensate müssen aus dem Reaktionsgemisch abgeführt werden. Monomer 1 + Monomer 2 -> Polymer + Kondensat  + Wärme Ein Beispiel für eine Kondensationsreaktion ist die Bildung von Ethylacetat und Wasser aus den Monomeren Ethanol (Momomer 1) und Ethansäure (Monomer 2). Dabei stellen die Hydroxylgruppe -OH und die Carboxylgruppe -COOH die beiden funktionellen Gruppen dar (Bild 4.3).

Bild 4.3: Kondensation von Ethanol und Ethansäure (Essigsäure) zu Ethylacetat und Wasser

Erfolgt die Polykondensation zu linearen Ketten, entsteht ein Thermoplast, z. B. Polyamid, Polycarbonat, Silicone. Kann die Polykondensation an mehr als zwei Stellen ablaufen, ist eine räumliche Vernetzung möglich, woraus Duroplaste und Elastomere resultieren. Beispielhaft kann hier Phenolharz PF genannt werden.

4.2 Grundlagen der Polymerchemie

71

4.2.2.3 Polyaddition Bei einer Polyaddition erfolgt die Bildung eines Makromoleküls durch wechselseitige Verknüpfung (Addition) unterschiedlicher Monomermoleküle mit je zwei charakteristischen Gruppen. Bei der Polyaddition entstehen im Gegensatz zur Polykondensation keine Nebenprodukte. Monomer 1 + Monomer 2 -> Polymer + Wärme Ein Beispiel für eine Additionsreaktion ist die Bildung eines Urethans (N-Ethyl-OMethylurethan) aus den Monomeren Methanol (Momomer 1) und Ethylisocyanat (Monomer 2). Dabei stellen die Hydroxylgruppe -OH und die Isocyanatgruppe -N=C=O die beiden funktionellen Gruppen dar (Bild 4.4).

4

Bild 4.4: Addition von Methanol und Ethylisocynat zu N-Ethyl-O-methylurethan

Bei Epoxidharzen erfolgt die Reaktion zwischen Epoxid- und meist Aminogruppen. Je nach Art der Ausgangsstoffe können bei der Polyaddition Thermoplaste, jedoch überwiegend Elastomere oder Duroplaste entstehen.

4.2.3 Strukturen

4.2.3.1 Bindungskräfte in Polymeren Hauptvalenzkräfte (chemische Atombindungen, auch Kovalent- oder ElektronenpaarBindungen genannt) halten die einzelnen Polymerketten zusammen. Je nach Anzahl der Bindungen zwischen zwei Atomen unterscheidet man zwischen Einfach-, Doppel- und Dreifachbindung. Nebenvalenzkräfte, auch zwischenmolekulare Kräfte oder Van der Waalsche Kräfte genannt, bewirken hingegen einen Zusammenhalt der Polymerketten untereinander. Sie sind zwischen den Makromolekülen wirksam und beruhen auf der Verteilung und Bewegung der Elektronen. Nach ihrem Ursprung lassen sich die Nebenvalenzkräfte in Wasserstoffbrücken, Orientierungskräfte, Induktionskräfte und Dispersionskräfte unterteilen (siehe auch Abschnitt 3.1.3). Zusätzlich können oberhalb eines für jedes Polymer charakteristischen Molekulargewichts „mechanische Verschlingungen“ durch Verknäulung einen Zusammenhalt der Makromoleküle bewirken. Die Eigenschaften der Thermoplaste werden wesentlich durch Nebenvalenzbindungen und „mechanische Verschlingungen“ bestimmt. Bei den Elastomeren werden die Eigenschaften

72

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

sowohl durch Hauptvalenz- als auch durch Nebenvalenzbindungen beeinflusst, während die Eigenschaften der Duroplaste fast ausschließlich durch die Hauptvalenzbindungen gesteuert werden.

4.2.3.2 Thermoplaste In Bild 4.5 ist der prinzipielle Aufbau von Thermoplasten dargestellt. Die Molekülketten bestehen aus bis zu 106 Atomen. Sie können linear angeordnet sein oder Verzweigungen aufweisen. Die gestreckte mittlere Kettenlänge beträgt bis zu ca. 1 mm.

4

Bild 4.5: Prinzipieller Aufbau von Thermoplasten

Es wird zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten unterschieden. Amorphe Thermoplaste bestehen aus langen Kettenmolekülen, die sich bei ihrer Bildung regellos ineinander verschlingen. Im nicht eingefärbten Zustand sind amorphe Thermoplaste glasklar. Ein Beispiel hierfür sind Polymethylmethacrylat (Acryl- oder Plexiglas). Besitzen die Moleküle nur geringe Verzweigungen, so können sich die einzelnen Molekülfäden dicht nebeneinander legen. Die Entstehung des dichten Packungszustandes bezeichnet man als Kristallisation. Aufgrund der langen Molekülketten, die sich teilweise ineinander verschlingen, kann es bei Polymeren jedoch nie zu einer vollständigen Kristallisation kommen. Somit spricht man von teilkristallinen Thermoplasten. In Bild 4.6 ist die Anordnung der Makromoleküle für einen teilkristallinen und einen amorphen Thermoplasten schematisch dargestellt. Im Gebrauchsbereich sind Thermoplaste spröde (amorph) oder spröde bis zähelastische (teilkristallin) Polymere (Bilder 4.7 und 4.8). Bei steigender Temperatur werden die Nebenvalenzkräfte infolge der erhöhten Wärmeschwingung herabgesetzt. Die einzelnen Molekülketten lassen sich gegeneinander verschieben, woraus ein elastisches Materialverhalten resultiert. Dieser Übergang von spröde, glasartig zu elastisch wird als Glasübergangsbereich Tg bezeichnet. Eine weitere Temperatursteigerung bedingt, dass das Polymer in den Zustand des plastischen Fließens übergeht. Solange die Makromoleküle nicht infolge zu hoher Temperaturen chemisch abgebaut oder zerstört werden, ist dieser Prozess reversibel. Thermoplastische Polymere sind somit aufgrund der Beweglichkeit ihrer Molekülketten schmelzbar und schweißbar. Die Entwicklung der Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines amorphen bzw. teilkristallinen Thermoplasts bei steigender Temperatur ist in den Bildern 4.7 und 4.8 dargestellt. Bei teilkristallinen Thermoplasten erkennt man die Glasübergangstemperatur Tg der amorphen und die Kristallitschmelztemperatur Tm der kristallinen Anteile. Alle Polymere weisen eine spezifische Zersetzungstemperatur Tz auf.

73

4.2 Grundlagen der Polymerchemie

4 Bild 4.6: Struktur amorpher bzw. teilkristalliner Thermoplaste

Bild 4.7: Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines amorphen Thermoplasten in Abhängigkeit von der Temperatur

74

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4

Bild 4.8: Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines teilkristallinen Thermoplasts in Abhängigkeit von der Temperatur

4.2.3.3 Elastomere und Duroplaste Neben der Gruppe der Thermoplaste, die aus linearen und/oder verzweigten Kettenmolekülen aufgebaut sind, gibt es Kunststoffgruppen, bei denen die einzelnen Molekülfäden durch Querbrücken miteinander verbunden sind. Man bezeichnet die Knotenpunkte als Vernetzungsstellen und dementsprechend die Werkstoffe als vernetzte Polymere. Bild 4.9 zeigt zwei unterschiedliche Molekülstrukturen, die beide für vernetzte Polymere charakteristisch sind. Bei den Elastomeren sind die Molekülketten regellos verteilt und besitzen nur relativ wenig Vernetzungsstellen. Die Duroplaste weisen hingegen eine engmaschige Vernetzung auf. Durch die Vernetzungspunkte sind die einzelnen Molekülfäden gegeneinander nur sehr bedingt beweglich. Vernetzte Polymere sind daher nicht schmelzbar und somit auch nicht schweißbar. Die Temperaturabhängigkeit der Zugfestigkeit und Bruchdehnung von Elastomeren bzw. Duroplasten ist in den Bildern 4.10 und 4.11 dargestellt. Der Gebrauchsbereich der Elastomere liegt oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg (i. Allg. Tg  0 °C). Somit weisen Elastomere im Gebrauchsbereich ein gummielastisches Verhalten auf. Duroplaste sind bis zur Zersetzungstemperatur Tz hart und spröde.

4.2 Grundlagen der Polymerchemie

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Bild 4.9: Struktur von vernetzten Polymeren, Elastomere bzw. Duroplaste

Bild 4.10: Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines Elastomers in Abhängigkeit von der Temperatur

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

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Bild 4.11: Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines Duroplasts in Abhängigkeit von der Temperatur

4.2.3.4 Copolymerisate und Pfropfpolymerisate Wie bereits bei der Polyaddition kurz erläutert, müssen Polymere keineswegs nur aus einer Sorte Monomer aufgebaut sein. Sowohl über eine Polymerisation als auch über Polyaddition oder Polykondensation können verschiedene Monomere in die gleiche Polymerkette eingebaut sein. Man spricht von Copolymeren. Je nach Anordnung der Bausteine in der Kette unterscheidet man statistische, alternierende oder Blockcopolymere (Bild 4.12). Durch die Verwendung von zwei oder mehr Monomeren können besondere Eigenschaften erzeugt werden. Kombiniert man z. B. in einem Blockcopolymer Segmente aus weichen, beweglichen Ketten mit Segmenten aus steifen Ketten mit hoher Kristallisationsneigung, gelangt man zu thermoplatischen Elastomeren, bei denen durch die Zusammenlagerung verschiedener Polymerketten bei Raumtemperatur in den kristallinen Bereichen eine Art physikalische Vernetzung entsteht. Die weichen Segmente bleiben beweglich, so dass elastische Eigenschaften resultieren. Bei höheren Temperaturen schmelzen die Kristallite auf und die Masse wird thermoplastisch. Die Herstellung derartiger Copolymere kann z. B. durch simultane oder sequentielle Copolymerisation erfolgen. Dabei werden die verschiedenen Monomere entweder vor Beginn der Reaktion gemischt oder nacheinander in den Reaktor eingetragen. Eine spezielle Form der Copolymere sind die Pfropfcopolymere. Dies sind Polymere mit einer meist homogenen Hauptkette, auf die kürzere Seitenketten einer anderen Monomersorte aufgepfropft werden.

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4.2 Grundlagen der Polymerchemie

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Bild 4.12: Einteilung der Copolymeren

4.2.3.5 Polymer-Blends In einem Polymer-Blend sind verschiedene Polymere miteinander vermischt. Die Eigenschaften der Polymer-Blends hängen wesentlich von der Art und Güte der Vermischung ab. Sind beide Polymere miteinander verträglich, so können durch das Mischen der beiden Komponenten im Schmelzezustand homogene Gemische hergestellt werden. Mischungen aus teilweise bzw. begrenzt verträglichen Polymeren nennt man Einphasengemische. Der häufigste Fall sind jedoch die Mehrphasengemische. Dies sind so genannte heterogene Gemische aus nicht verträglichen Polymeren. Meistens ist bei der Herstellung von Blends zusätzlich der Einsatz von Verträglichkeitsbildnern (Compatibilizern) erforderlich, um die Mischbarkeit zu verbessern. Compatibilizer sind Copolymere, deren Ketten je zur Hälfte aus Monomeren bestehen, die jeweils mit einer der Phasen verträglich sind. Anhand von Blends erfolgt die Anpassung von Thermoplasten aber auch Duroplasten wie Epoxid- und Phenolharzen an ihre Aufgaben, indem z. B. die Zähigkeitseigenschaften verbessert werden /Men02/. Durch Vermischung von Epoxidharz und Polyurethan können z. B. so genannte elastifizierte Epoxidharze hergestellt werden, die begrenzte rissüberbrückende Eigenschaften aufweisen (siehe Abschnitt 4.3.3).

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4.2.4 Zusatzstoffe Polymere sind so, wie die Synthese sie liefert, begrenzt verarbeit- und verwendbar. Wärmeund Sauerstoffeinwirkung würden sie häufig bereits bei der Verarbeitung schädigen. Dazu kommen die Umweltbedingungen bei Lagerung und Einsatz der Produkte. Außer dem Schutz gegen diese schädigenden Einwirkungen erfordert die jeweilige Anwendung dieser Werkstoffe eine mehr oder weniger große Anzahl an Zusatzstoffen, die das Eigenschaftsbild, die Verarbeitbarkeit oder das Aussehen beeinflussen. Daraus resultiert eine Vielzahl unentbehrlicher Additive, die aus den Ausgangsprodukten praxistauglich verarbeitbare Harze, Formmassen und Werkstoffe machen. Grundsätzlich können drei Arten von Zusatzstoffen unterschieden werden: 1. Funktions-Zusatzsstoffe, wie

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• Stabilisatoren gegen thermische Schädigungen bei der Verarbeitung und als Alterungssowie UV-Schutz im Gebrauch • Gleitmittel als Verarbeitungshilfen bei Thermo- und Duroplasten • Farbmittel zur Einfärbung • Nukleierungsmittel zur Verbesserung der Kristallisation bei teilkristallinen Thermoplasten • Weichmacher und Flexibilisatoren zur Erhöhung der Schlagzähigkeit • Flammschutzmittel zur Reduzierung der Entflammbarkeit • Dispergiermittel zur Erniedrigung der Viskosität und Verhinderung der Reagglomeration • Leitfähige Zusatzstoffe, z. B. Ruße zur Verminderung der Widerstandswerte • Antistatika gegen elektronische Aufladung • Festschmierstoffe zur Verbesserung der Gleiteigenschaften • Treibmittel zur Schaumstoffherstellung 2. Füllstoffe und Pigmente (Performance Additive) sowie 3. Verstärkungsstoffe (Fasern oder Faserprodukte zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften) Eine ausführliche Beschreibung einzelner Additive für Polymere kann /Dom05/ entnommen werden. Im Folgenden wird die Funktion einiger Additive kurz erläutert. Stabilisatoren unterschiedlichen chemischen Aufbaus sind notwendig, um z. B. Schädigungen sowohl bei der Verarbeitung durch Wärme, als auch im Gebrauch durch Wärme-, Licht- oder UV-Einfluss zu vermeiden oder mindestens zu reduzieren. Die vielfältigen Stabilisatorensysteme müssen in ihrer Zusammensetzung und ihren Anteilen auf das Polymer abgestimmt sein. Ruß ist ein hervorragender UV-Stabilisator, lässt sich jedoch nur für schwarze Einfärbungen einsetzen. Für hellfarbige Polymere gibt es unterschiedliche Stabilisatorensysteme. Bekannt sind, vor allem für Polyolefine, sterisch gehinderte Amine. Weichmacher dienen dazu, die Härte und die Sprödigkeit von Polymeren herabzusetzen. Sie vergrößern den Abstand der Molekülketten und verringern so die Nebenvalenzkräfte. Dieses Ziel kann mit innerer und äußerer Weichmachung erreicht werden. Innere Weichmachung geschieht durch das Copolymerisieren von zwei verträglichen Monomeren, deren Glasübergangstemperaturen weit auseinander liegen. Bei der äußeren Weichmachung handelt es sich

4.2 Grundlagen der Polymerchemie

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um einen Solvatations-, d. h. Quellvorgang, bei dem der niedermolekulare Weichmacher von den Polymeren durch Nebenvalenzkräfte gebunden wird. Da derartige Weichmacher nicht über Hauptvalenzkräfte in die Polymerstruktur eingebunden sind, neigen sie zum Verdampfen oder Auswandern, womit sich die Flexibilität irreversibel vermindert. Der Anteil an Weichmachern kann je nach gewünschter Flexibilität bis zu 50 % betragen. Bild 4.13 zeigt anhand des Schubmoduls den Einfluss des Weichmachers DOP auf PVC.

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Bild 4.13: Einfluss des Weichmachers Dioctylphtalat auf den Schubmodul von PVC

Flammschutzmittel dienen der Herabsetzung der Entflamm- und Brennbarkeit von Polymeren. Sie wirken physikalisch durch Kühlen, Beschichten oder Verdünnen. Antistatika dienen zur Verminderung des Oberflächenwiderstandes von Kunststoffen, womit Staubanziehung durch elektrische Aufladung verhindert wird. Leitfähige Zusatzstoffe, wie z. B. Grafit, Kohlenstoff-Fasern (C) und metallische Pulver erniedrigen den spezifischen Widerstand der Polymere. Dies kann bei speziellen Industrieböden zum Einsatz kommen. Zur Erniedrigung der Viskosität wird Harzen auf Kohlenstoffbasis, z. B. Epoxidharzen, häufig Lösemittel zugegeben (siehe Abschnitt 4.3.2). Aus ökologischen Gründen wird jedoch eine Reduktion bzw. Vermeidung von Lösemittel angestrebt, womit der Anteil lösemittelfreier Systeme, Full-Solid-Systeme oder wasserverdünnbare Systeme, zunimmt. Diese Systeme erfordern neue Additive wie Entschäumer, Entlüfter und Dispergierhilfen /Ado02/. Füllstoffe sind kleine Partikel, kurze Fasern oder Kugeln aus organischen (Zellulose, Holzmehl, Sisal- und Kokosfasern) oder anorganischen (Gesteins- und Mineralmehle, Kreide, Talkum, Glaskugeln) Stoffen. Sie dienen bei Duroplasten als Streckmittel zur Harzeinsparung, zur Verbesserung der Oberflächengüte, zur Verminderung der Sprödigkeit und zur Erhöhung der Steifigkeit. Bei Thermoplasten dienen sie ebenfalls zur Streckung, besonders zur Fließverbes-

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

serung, zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften und zur Reduktion der Schwindung. Je nach Gehalt der Füllstoffe und in Abhängigkeit vom Verarbeitungsverfahren kann jedoch eine ungleichmäßige Verteilung und damit Anisotropie auftreten. Hinsichtlich der Farbstoffe für Polymere wird zwischen unlöslichen, sogenannten Pigmenten, und löslichen Farbstoffen unterschieden. Pigmente ergeben bei normaler Teilchengröße eine gedeckte Durchfärbung des Polymers, während lösliche Farbstoffe bei glasklaren Polymeren (PMMA, PS, PC) die Herstellung farbig transparenter Werkstoffe ermöglichen. Der Anteil der Farbstoffe am Polymer variiert zwischen 0,5 % bis 2 %, womit keine wesentlichen Änderungen mechanischer oder sonstiger Eigenschaften verbunden sind /Hel01/. Allerdings ist auf eine gleichmäßige Verteilung der Pigmente zu achten. Verstärkungsstoffe sind längere Fasern oder Faserprodukte in Form von Geweben, Matten, Vliesen oder Rovings. Sie dienen im Wesentlichen der Erhöhung von Festigkeit, Steifigkeit und Wärmestandfestigkeit. Die Bilder 4.14 und 4.15 geben einen Überblick über Füll- und Verstärkungsstoffe sowie dessen Wirkung auf unterschiedliche Polymereigenschaften. Dabei wird zwischen faserförmigen Füll- bzw. Verstärkungsstoffen sowie plättchenförmigen und kugeligen Füllstoffen unterschieden.

Bild 4.14:

Einfluss faserförmiger Füllstoffe und Verstärkungsstoffe auf die Polymereigenschaften

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

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Bild 4.15: Einfluss plättchenförmiger und kugeliger Füllstoffe auf die Polymereigenschaften

Die Bilder 4.14 und 4.15 zeigen, dass vielfältige Eigenschaftsverbesserungen möglich sind. Es ist jedoch darauf zu achten, dass keine anderen relevanten Eigenschaften unbeabsichtigt negativ beeinflusst werden.

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis 4.3.1 Allgemeines Im Bauwesen relevante Harze auf Kohlenstoffbasis sind Epoxidharze, Polyurethane und Acrylharze. Diese drei Materialien werden in den nachfolgenden Abschnitten jeweils hinsichtlich Zusammensetzung, Eigenschaften und Beständigkeit beschrieben. Des Weiteren wird jeweils auf spezielle Aspekte/Entwicklungen im Bauwesen eingegangen.

4.3.2 Epoxidharze (EP) 4.3.2.1 Zusammensetzung Epoxidharze sind Duroplaste, die durch Polyaddition hergestellt werden. Da bei der Polyaddition keine abzuführenden Nebenprodukte entstehen, können Epoxidharze auf der Baustelle mittels Epoxidharz- und Epoxidhärterkomponenten hergestellt werden. Die genaue Dosierung

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

sowie ausreichende Vermischung der Komponenten Harz und Härter sind von essentieller Wichtigkeit, da jede Mehr- oder Mindermenge bzw. unzureichende Vermischung zu unvollständigen Reaktionen mit nachteiligen Auswirkungen auf die Eigenschaft führt. Daher werden die Gebinde i. d. R. direkt im richtigen Mischungsverhältnis geliefert. Von eigenhändigen Veränderungen des Mischungsverhältnisses ist dringend abzuraten. Die Harzkomponente besteht meist aus Umsetzungsprodukten von mehrfunktionellen Hydroxylverbindungen, z. B. Bisphenol A mit Epichlorhydrin. Der Polymerisationsgrad wird durch das eingesetzte Molverhältnis der Reaktionspartner Epichlorhydrin und Bisphenol gesteuert. Bisphenol-F-Harze weisen im Vergleich zu den unmodifizierten flüssigen Bisphenol-AHarzen vor allem eine niedrigere Viskosität und eine geringere Neigung zur Kristallisation auf. Im Bauwesen werden jedoch überwiegend Bisphenol-A-Harze oder Kombinationen aus Bisphenol-A- und Bisphenol-F-Harzen verwendet. Zur Charakterisierung der Epoxidharze dienen u. a. Kennwerte wie Viskosität, Dichte und Epoxidäquivalent. Das Epoxidäquivalent entspricht derjenigen Harzmenge in Gramm, die ein Mol epoxidisch gebundenen Sauerstoff enthält. Die Vernetzung zum Duroplast erfolgt über Epoxidgruppen, z. B. Polycarbonsäureanhydriden oder Aminen. Im Bauwesen werden vor allem Amine eingesetzt, da diese eine Kalthärtung ermöglichen. Dabei wird zwischen • Polyaminen: aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Amine wie Dietylentriamin (DETA), Triethylentetraamin (TETA), Isophorondiamin (IPDA) und Phenylendiamin, • Polyaminadukkten: Reaktionsprodukte aus Polyaminen und Epoxidharzen, • Polyaminoamiden: Fettsäurederivate der Polyamine unterschieden. Neben den Addukthärtern erfolgt häufig der Einsatz von Blends, die im Wesentlichen eine Mischung aus aminbasiertem Härter, Reaktivverdünner, Lösemittel sowie Hilfsstoffen darstellen. Bild 4.16 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Aushärtung von reaktiven Epoxidharzen.

Bild 4.16: Prinzipielle Darstellung der Aushärtung von Epoxidharzen

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

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Im Bauwesen sind folgende Begriffe gebräuchlich: • Stammkomponente/Komponente A: Epoxidharz (im wesentlichen Bisphenol A/F, Epichlorhydrin) • Härter/Komponente B: Polyamine, Polyaminadukkte, Polyaminoamide Entsprechend den vorhergehenden Darstellungen enthalten die Komponenten (je nach Formulierung sowohl Komponente A und/oder Komponente B) zusätzlich unterschiedliche Löse-, Modifizierungsmittel, reaktive Verdünner, Beschleuniger, Weichmacher und Füllstoffe. Als Lösemittel werden z. B. Benzol, Xylole, Alkohole, Ester, Ether oder Ketone eingesetzt. Um eine erhebliche Verschlechterung der Feststoffeigenschaften zu vermeiden, sollten diese Stoffe bei der Polyaddition von Harz- und Härterkomponenten vollständig entweichen können. Dies ist jedoch bei den in der Baupraxis vorherrschenden Umgebungsbedingungen unrealistisch. Modifizierungsmittel sind z. B. Benzylalkohol oder Nonylphenol. Die Reaktivverdünner sind niedrigviskose Flüssigkeiten mit reaktiven Gruppen, die im Zuge der Polyaddition ins Makromolekül eingebaut werden. Vorzugsweise werden Produkte auf Glycidetherbasis eingesetzt. Als Füllstoffe werden häufig Quarzmehl, Kreidemehl und Talk verwendet. Die Anlieferung der Komponente A und Komponente B erfolgt getrennt in Gebinden. Die Lagerzeit ist bei Luft- und Lichtabschluss in kühlen Räumen je nach Typ auf rund sechs Monate, teilweise 12 Monate, begrenzt. Harz und Härter werden nach Herstellervorschrift gemischt. Die Verarbeitungszeit der Mischung (Topfzeit) ist begrenzt und kann den jeweiligen Produktdatenblättern entnommen werden. Die Verarbeitung muss in gut belüfteter Umgebung mit Handschuhen und Schutzbrille erfolgen.

4.3.2.2 Generelle Eigenschaften Die Eigenschaften des erhärteten Polymers sind neben der Verarbeitungsart vom Aufbau des Epoxidharzes und vom Vernetzungsgrad abhängig. Nachfolgend werden einige Eigenschaften aufgeführt /Hel01/, /Giel06/: • Dichte: 1,1 bis 1,3 g/cm³; gefüllt je nach Füllstoffgehalt 1,7 bis 2,1 g/cm³. • Farbe: Ungefärbt ohne Füllstoffe klar; meist aber nicht lichtecht. • Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur: Vergleichsweise hohe Festigkeit (Zugfestigkeit etwa 40 bis 80 N/mm², Druckfestigkeit etwa 90 bis 170 N/mm²), E-Modul etwa 2000 bis 4000 N/mm²; aber auch elastisch einstellbar; wenig schlagempfindlich; gute Härte und Abriebfestigkeit; hohe Haftfestigkeit, hohe Dimensionsstabilität. • Elektrische Eigenschaften: Sehr gute elektrische Isoliereigenschaften in weitem Temperaturbereich; gute Kriechstromfestigkeit. • Thermische Eigenschaften: Gute Wärmeformbeständigkeit; maximale Dauergebrauchstemperaturen bei kalterhärtenden Systemen ~ 80 °C; schwer entzündbar. • Gut beständig gegen (Auswahl): Verdünnte Säuren und Laugen; Kohlenwasserstoffe; Toluol; Alkohol; Benzin, Benzol, Mineralöle, Fette. Bei cycloaliphatischen Harzen gute Witterungs- und UV-Beständigkeit. • Nicht beständig gegen (Auswahl): Konzentrierte Säuren und Laugen, Ammoniak; Ester; organische Lösungsmittel wie Aceton oder Schwefelkohlenstoff.

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4.3.2.3 Beständigkeit Bei der Bewitterung von Epoxidharzen kann es durch die Spaltung von Bindungen zu einer Verringerung des Vernetzungsgrads kommen. Visuell verändert sich die Oberfläche insbesondere aufgrund von Kreiden: sie wird matter. Durch die veränderte Molekülstruktur kann sich ein „Orangenschalenmuster“ an der Oberfläche bilden /Dol78/. Die mechanischen Eigenschaften von Epoxidharzen verändern sich während der Bewitterung allmählich. Die Geschwindigkeit der Veränderung hängt dabei weniger von den Klimabedingungen am Bewitterungsort ab, als von der Zusammensetzung des Epoxidharzes. Bild 4.17 verdeutlicht den Einfluss des Härters auf die Abnahme der Biegezugfestigkeit infolge Bewitterung. Eine Verbesserung der Beständigkeit wird durch Stabilisatoren erzielt.

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Bild 4.17: Einfluss des Härters auf die Änderung der Biegezugfestigkeit von Epoxidharz nach 18 Monaten Bewitterung /Dol78/

Gegenüber einer biologischen Schädigung durch Schimmelpilze, Bodenbakterien, Insekten etc. gelten Epoxidharze als beständig /Dol78/. Ausgehärtete Epoxidharze gehören zu den Polymeren mit guter Chemikalienbeständigkeit. Ihre Widerstandsfähigkeit ist abhängig von der Art des Härters sowie von der Menge und Art der Füllstoffe und weiterer Beimengungen. Allerdings können Säuren in gehärtete Epoxidharze eindiffundieren und es ist nicht auszuschließen, dass zwischen dem Harz und der eindringenden Säure Reaktionen ablaufen, vor allem bei Verwendung von Härtern auf Amin- oder

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

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Polyamidbasis. Durch das Eindringen von Säuren werden die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Harzzusammensetzung sowie der Art und Konzentration der Säure mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Bild 4.18 zeigt die Konzentrationsabhängigkeit der Eindringgeschwindigkeit von Schwelfelsäure in Epoxidharz. Die Eindringgeschwindigkeit steigt bis zu einer Säurekonzentration von etwa 20 % und sinkt danach wieder ab, was mit chemischen Reaktionen ab einer gewissen Säurekonzentration erklärt werden kann. Mit steigender Temperatur steigt die Eindringgeschwindigkeit. Untersuchungen zeigen, dass die Eindringgeschwindigkeit auch mit zunehmender Menge an Aminhärter ansteigt /Dol78/. In /Dol78/ wird als Anhaltswert die Zeit angegeben, in der Schwefelsäure eine Schicht aus Epoxidharz von 2 mm durchdringt: Bei 10 % Schwefelsäurekonzentration beträgt die Diffusionsdauer bei 20 °C ca. 944 Jahre und bei 50 °C ca. 13 Jahre.

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Bild 4.18:

Konzentrationsabhängigkeit der Eindringgeschwindigkeit von Schwefelsäure in Epoxidharz /Dol78/

Die Beständigkeit von Epoxidharzen gegen ionisierende Strahlung ist vom Härter, Vernetzungsgrad, Art und Menge an Pigmenten sowie Füllstoffen abhängig. Die mit aliphatischen Aminen gehärteten Harze sind gegen ionisierende Strahlung weniger widerstandsfähig als die mit aromatischen Aminen gehärteten Typen. Mineralische Füllstoffe verbessern die Widerstandsfähigkeit der Epoxidharze gegen ionisierende Strahlung. Der thermische Abbau der Epoxidharze wird ebenfalls maßgeblich durch den Härter, aber auch durch das Harz und Füllstoffe bestimmt. Kalthärtende Epoxidharze weisen eine geringere thermische Beständigkeit auf als warmhärtende. Mit steigender Temperatur sinkt die Zugfestigkeit und die Bruchdehnungen steigen.

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4.3.2.4 Spezielle Aspekte zu im Bauwesen relevanten Epoxidharzen

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Im Bauwesen relevante, kalthärtende reaktive Epoxidharze vernetzen erfahrungsgemäß unter Gebrauchstemperaturen (etwa 5 °C bis 30 °C) nicht vollständig. Die zeitliche Entwicklung des Vernetzungsgrades wird durch eine Vielzahl an Faktoren beeinflusst. Neben der Zusammensetzung beeinflussen u. a. Temperatur, Feuchtigkeit und das alkalische Milieu der Betonoberfläche den Vernetzungsgrad. Die Charakterisierung des Vernetzungsgrades eines Epoxidharzes kann anhand von DSCAnalysen (Differential Scanning Calorimetry) erfolgen. Hierbei wird eine Probe in einem Temperaturbereich von z. B. -50 °C bis 250 °C erwärmt und die Differenz der zugeführten Wärmeenergie im Vergleich zu einer thermisch inerten Referenzprobe ermittelt (Wärmefluss in Abhängigkeit von der Temperatur). Dieser Versuch wird an einer Probe mehrmals durchgeführt. Infolge des ersten Aufheizens (1. DSC-Fahrt) kann eine Probe, die bisher bei etwa 5 °C bis 30 °C gelagert wurde, nachvernetzen. Ist dies der Fall, wird sich der Wärmefluss über die Temperatur in der 2. DSC-Fahrt verändern (Bild 4.19). Mit weiteren DSC-Fahrten an der gleichen Probe kann untersucht werden, ob die Vernetzung durch das mehrmalige Aufheizen zunimmt. Bild 4.19 zeigt DSC-Fahrten an einer Epoxidharzgrundierung, die als freier Film bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte hergestellt wurde. Der Anteil an nicht-reaktiven Komponenten (Nonylphenol) betrug 3 M.-% bezogen auf die Gesamtmasse. Bei der ersten Fahrt trat bei etwa 55 °C eine deutliche endotherme Reaktion auf, die während der 2. und 3. Fahrt nicht mehr vorhanden war. Diese Versuche zeigen eine Nachvernetzung des kalterhärtenden Epoxidharzes /Wol07/.

Bild 4.19: DSC-Fahrten von einem Epoxidharz mit 3 M.-% Nonylphenol bzg. auf die Gesamtmasse /Wol07/

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

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Im Bauwesen stehen Epoxidharze häufig mit Feuchtigkeit bzw. alkalischer Porenlösung in Kontakt. Bild 4.20 zeigt die Ergebnisse von Zugversuchen an drei Epoxidharzformulierungen. Vor den Versuchen erfolgte eine Lagerung der Proben im Laborklima bei 23 °C, 50 % relativer Luftfeuchte und in künstlicher Porenlösung bis zur Massekonstanz. Während bei den Epoxidharzen EP 2 und EP 3 durch die Lagerung in Porenlösung eine geringe verfestigende Wirkung des polymeren Netzwerkes festgestellt wurde, ist die maximale aufnehmbare Zugspannung bei EP 1 um mehr als 60 % abgefallen. Die Begründung für das unterschiedliche Verhalten der Epoxidharzproben kann in der Art der Wassereinbindung gesehen werden /Wol07/. Nach /Zho99/ kann Wasser im Epoxidharz-Netzwerk sowohl die Beweglichkeit der Moleküle erhöhen (EP 1) als auch eine sekundäre Vernetzung des Polymers hervorrufen (EP 2 und EP 3). Inwiefern neben dem Effekt des Wassers der hohe pH-Wert der Porenlösung dabei eine Rolle spielt, wurde nicht weiter untersucht. Wie bereits erwähnt sind Epoxidharze jedoch gegen Alkalien i. d. R. sehr gut beständig.

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Bild 4.20: Zugfestigkeit der im Laborklima und in Porenlösung gelagerten Zugproben; Mittelwert und Standardabweichung /Wol07/

Die beschriebenen Untersuchungen zeigen im Ansatz das recht breite Spektrum der Eigenschaften verfügbarer Epoxidharze im Bauwesen. Da die genaue Zusammensetzung der Epoxidharzprodukte ein Geheimnis der Hersteller und Formulier ist, kann nur selten bzw. mit hohem Aufwand ein Zusammenhang zwischen den versuchstechnisch ermittelten Eigenschaften und der Zusammensetzung hergestellt werden. Die Spezifikation von Epoxidharzen für Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen erfolgt daher zweckmäßigerweise über die Zusammenstellung der erforderlichen Leistungsmerkmale (siehe Anhang 11.1).

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4.3.3 Polyurethane (PUR) 4.3.3.1 Zusammensetzung Polyurethane werden ebenso wie Epoxidharze durch Polyaddition hergestellt. Hierbei lagern (Di- bzw. Poly-)Isocyanate Reaktionspartner mit jeglicher Art von reaktivem Wasserstoff H (meist Polyole) additiv an. Je nach PUR-System können zusätzliche Vernetzungsmittel notwendig sein. Polyurethane weisen je nach Ausgangskomponenten eine große Vielfalt auf: • Thermoplaste entstehen aus Diisocyanaten und zweiwertigen Alkoholen, z. B. Ethylenglykol, Butandiol.

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• Elastomere und Duroplaste entstehen durch Polyaddition von Di- und Triisocyanaten an höhermolekulare Alkohole bzw. verzweigte Polyester. Die Härte dieser Polyurethane ist über die Anteile von zwei- und dreiwertigen Alkoholen einstellbar. Diese Polyurethane gibt es auch als Schäume. Im Bauwesen werden Polyurethane überwiegend als Reaktionsharze vor Ort eingesetzt. Hierbei werden die Ausgangsstoffe in Komponente A (häufig das Polyol) und in Komponente B (häufig die Isocyanate) eingeteilt. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, eine Härtung der Isocyanate durch Zugabe von Aminen durchzuführen. Als Reaktionsprodukt dieser Addition entstehen Harnstoffe. Die dritte Reaktionsmöglichkeit von grundlegender Bedeutung stellt die Umsetzung der Isocyanate mit Wasser dar. Da das Primäradditionsprodukt (Carbamidsäure) nicht beständig ist, zerfällt es unter Abspaltung von CO2 und bildet nach Addition einer zweiten Isocyanatgruppe symmetrisch substituierten Harnstoff. Insbesondere zur Herstellung geschäumter Polyurethane wird das abgespaltene Kohlendioxid als Treibgas genutzt, während die Polyharnstoffe ein hochmolekulares Gerüst aufbauen. Einkomponentige Polyurethane, deren Isocyanate mit Luftfeuchtigkeit oder Restfeuchte in Poren bzw. Rissen des Substrates reagieren, basieren ebenfalls auf dieser Reaktion. Aufgrund der zumeist sehr niedrigen Härtungsgeschwindigkeit kommt es im Falle sehr dünner Schichten nicht zu störenden Blasenbildungen durch das entweichende Kohlendioxid. Auf der Seite der Isocyanate stehen aromatische, aliphatische oder cyclophatische Produkte zur Verfügung. Aufgrund der wesentlich höheren Reaktionsfähigkeit und der im allgemeinen wirtschaftlicheren Zugänglichkeit kommt den aromatisch gebundenen Isocyanatgruppen die größte Bedeutung zu. Auf aliphatische Isocyanate wie Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder cycloaliphatische Isophorondiisocyanate (IPDI) wird nur zurückgegriffen, wenn spezifische Reaktivitäten für den Aufbau günstig sind oder spezielle Eigenschaftsanforderungen an die Endprodukte, wie z. B. Lichtechtheit bei Lacken und Beschichtungen für Fahrzeuge, nur mit Aliphaten erreichbar sind. Das weltweit in größter Menge produzierte Isocyanat ist das aromatische Diisocyanat Toluylendiisocyanat (TDI). Das zweite bedeutsame aromatische Diisocyanat ist das Diphenylmethandiisocyanat (MDI). Die Verarbeitung von Isocyanaten muss in gut durchlüfteten Räumen erfolgen. Handschuhe und Schutzbrille sind zu tragen. Hilfs- und Zusatzstoffe, wie Katalysatoren, Inhibitoren, Vernetzer/Kettenverlängerer, Tenside und Treibmittel dienen im Wesentlichen zur Anpassung der Geschwindigkeit der Polyurethanherstellung an die Forderungen der Praxis. Ferner kann der Einsatz von Alterungsschutzmitteln, flammhemmenden Zusätzen, Pigmenten und Füllstoffen sowie Trennmitteln, Farbstoffen

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

89

und biozide Zusatzmitteln erforderlich werden. Hinsichtlich der Füllstoffe haben mengenmäßig Carbonate (Kreidetypen), Glasfasern und Silicate die größte Bedeutung erlangt. Damit kann der E-Modul über größere Temperaturbereiche erhöht, die Wärmeformbeständigkeit verbessert und der thermische Ausdehnungskoeffizient verringert werden. In /Scha83/ sind die relevanten Hilfs- und Zusatzstoffe weitgehend erläutert. Auf dem Gebiet der PURAnstrichstoffe und Beschichtungen werden auch Lösemittel, teilweise mit einem Anteil oberhalb von 50 %, eingesetzt. Als Lösemittel sind wasser- und alkoholfreie polare Stoffe, wie z. B. Ester, Ketone und Etherester, geeignet. Aromate wie Toluol und Xylol oder auch aromatische Spezialbenzine können anteilig mit verwendet werden. Flüssige und besonders niedrigviskose Polyole und Polyisocyanate ermöglichen es, den Lösemittelanteil bis auf etwa 20 % zu reduzieren. Hierbei handelt es sich um so genannte „High solids“ Systeme.

4.3.3.2 Generelle Eigenschaften Ein grundlegender Vorteil der Isocyanatchemie besteht in der Möglichkeit, ein sehr weites Eigenschaftsprofil durch Variation der Kettenlängen und Molekulargewichte der Oligomere abzudecken. Die Eigenschaften des Polyurethans werden aber auch durch seine Ausgangskomponenten bestimmt. Nachfolgend sind einige Eigenschaften aufgeführt /Hel01/, /Giel06/: • Dichte: Hart: 1,14 bis 1,26 g/cm³, Schaum: 0,032 bis 0,3 g/cm³. • Geringe Feuchte- und Wasseraufnahme. • Farbe: Transluzent, ggf. bräunlich; Neigung zum Vergilben, deshalb nur in kräftigen Farben einfärbbar. • Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit harter PURs etwa 20 bis 56 N/mm² und EModul etwa 900 N/mm²; guter Verschleißwiderstand, hohe Weiterreißfestigkeit, gutes Rückverformungsverhalten, hohe Flexibilität und gutes Dämpfungsvermögen. • Elektrische Eigenschaften: Relativ niedrige Widerstandswerte • Thermisches Verhalten: Einsatzbereich -40 bis 80 °C, ggf. bis 110 °C. Die Eigenschaften vernetzter PURs weisen strukturbedingt eine geringere Temperaturabhängigkeit auf als thermoplastische PURs. • Gut beständig gegen (Auswahl): Alkoholfreie Benzine, Benzol; unlegierte Fette und Öle; kaltes Wasser; Sauerstoff. • Nicht beständig gegen (Auswahl): Heißes Wasser, heiße und feuchte Luft; legierte Fette und Öle; konzentrierte Säuren und Laugen; Alkohol; Chlorwasserstoff; Schwefeldioxid; Ammoniak; UV-Strahlung (vergilben, verspröden).

4.3.3.3 Beständigkeit Die Bewitterungsbeständigkeit von Polyurethanen ist stark abhängig von der Zusammensetzung der Rohstoffe und damit auch von ihrem Strukturaufbau (linear oder vernetzt). Polyurethane weisen unter UV-Strahlung eine Neigung zur Vergilbung und Versprödung auf /Hel01/. Bei der Betrachtung photolytischer Einflüsse muss zwischen Lichtechtheit und Lichtstabilität unterschieden werden. Dabei bezieht sich die Lichtechtheit auf die Verfärbung der Polyurethane, während die Lichtstabilität Aussagen zur Veränderung mechanischer Eigenschaften während der Alterung erlaubt. Polyurethane auf Basis aromatischer Isoycanate (z. B. MDI) bilden bei der Zersetzung aromatische Amine, die sich unter Lichteinwirkung verfärben.

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Durch geeignete Stabilisatoren kann die Verfärbung minimiert werden. Abbauprodukte aliphatischer Polyurethane oxidieren hingegen nicht zu gefärbten Produkten. Untersuchungen von Stohler et. al. /Sto87/ ergaben bei nicht stabilisierten einkomponentigen aromatischen PURFilmen 15 % Transmissionsverlust nach 110 Stunden Xenotest-Belichtung. Das entsprechende aliphatische einkomponentige Produkt war nach 10.000 Stunden Xenotest-Belichtung praktisch nicht verfärbt. An den von Stohler et. al. /Sto87/ untersuchten PUR-Filmen wurde auch die Reißdehnung ermittelt: Die nicht stabilisierten einkomponentigen aromatischen Filme wiesen nach 170 Stunden Xenotest-Belichtung nur noch die Hälfte an Reißdehnung auf. Die Halbwertzeit der Reißdehnung aliphatischer PUR-Filme wurde erst nach 3200 Stunden Xenotest-Belichtung erreicht. Weiterhin sind Polyurethane gegen heiße und feuchte Luft in Abhängigkeit von der Zusammensetzung nur begrenzt beständig. In /Mar96/ werden Haftzugfestigkeiten zwischen aliphatischen sowie aromatischen Polyurethanen und Beton nach unterschiedlichen künstlichen Bewitterungen angegeben. Die künstlichen Bewitterungen mit Bezug auf unterschiedliche Städte stehen hierbei repräsentativ für gemäßigte (London), in der Wüste herrschende (Phoenix) bzw. subtropische (Singapore) Klimate (Tabelle 4.1). Tab. 4.1: Verwendete künstliche Bewitterungen von Marechal et. al. /Mar96/

Bezeichnung

Temperatur

Rel. Feuchte

Strahlungsintensität bei 340 nm

Beregnung

-

°C

%

W/m²

-

London

35

55

0,40

3 min an 17 min aus

Phoenix

55

30

0,55

-

Singapore

45

85

0,55

8 min an 12 min aus

Die Proben wurden ohne und bei 30 % Dehnung bewittert. Die Bewitterungszeit für die mit aromatischem Polyurethan beschichteten Proben betrug 500 h, während die Proben mit aliphatischem Polyurethan 2000 h bewittert wurden. Tabelle 4.2 zeigt die Ergebnisse der Haftzuguntersuchungen nach der Bewitterung. Als Wert ist jeweils die prozentuale Veränderung der Haftzugfestigkeit gegenüber den unbewitterten Proben angegeben. Weiterhin ist der Tabelle zu entnehmen, ob ein Versagen zwischen Beschichtung und Substrat (a) oder in der Beschichtung (c) auftrat. Tab. 4.2: Prozentuale Veränderung der Haftzugfestigkeit nach der künstlichen Bewitterung /Mar96/

Bezug

Ohne Dehnung

Mit 30 % Dehnung

-

„London“ „Phoenix“ „Singapore“

„London“

„Phoenix“

„Singapore"

Aliphat.

0

c

-9

c

+18

a/c

0

c

-9

c

-27

a/c

Aromat.

-23

a/c

-41

a

-100

a

-20

a

-50

a

-100

a

Die in Tabelle 4.2 dargestellten Ergebnisse verdeutlichen die geringere Beständigkeit aromatischer Polyurethane im Vergleich zu aliphatischen. Bei den aromatischen Polyurethanen ist

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

91

hingegen kein Einfluss der aufgebrachten Dehnung erkennbar. Die beschleunigte Alterung „Singapore“ bedingt bei den aromatischen Polyurethanen ein vollständiges Verbundversagen, was im Wesentlichen auf die einwirkende Feuchte zurückgeführt werden kann. Der Befall von Polyurethanen ohne biozide Zusatzmittel durch Bakterien und Schimmelpilze bedingt deutliche Veränderungen der mechanischen Eigenschaften. Vor allem die Polyesterurethane werden angegriffen, während Polyetherurethane beständiger sind /Dol78/.

4.3.3.4 Kombinationen mit Epoxidharzen Eine interessante Variante auf dem Beschichtungssektor sind Kombinationen von aminhärtenden Epoxidharzen mit Polyurethanen. Als PUR-Vorprodukt liegen in diesem Falle blockierte NCO-Prepolymere vor. Das für die Epoxidharzhärtung eingesetzte Amin bewirkt unter Verdrängung des Blockierungsmittels eine Vernetzung über Harnstoffgruppen. Auf diese Weise werden PUR- und Epoxidharzsegmente miteinander verknüpft (Bild 4.21).

Bild 4.21: Modifizierung von Epoxidharz mit PUR /Koc83/

Geeignete NCO-Prepolymere liefern Endprodukte mit Elastomercharakter. Elastizität und Flexibilität lassen sich in Abhängigkeit vom Verhältnis PUR : EP in weiten Bereichen einstellen (Bild 4.22). Somit bietet die Kombination von aminhärtenden Epoxidharzen mit Polyurethan eine gewisse Gummielastizität bei gleichzeitiger mechanischer und chemischer Belastbarkeit. Dieses Material ist insbesondere im Bereich verschleißfester, rissüberbrückender Beschichtungssysteme außerordentlich leistungsfähig.

4

92

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4

Bild 4.22: Zugversuche an Polyurethan-Epoxidharz-Systemen. Maximale Spannung („), Bruchdehnung (ο) /Mag04/

4.3.3.5 Lösemittelfreie Zweikomponenten-Polyurethane Aus Umweltaspekten resultiert die Forderung nach lösemittelarmen bzw. lösemittelfreien Polyurethanbindemitteln im Bausektor. Somit werden seit einigen Jahren wässrige, lösemittelfreie Zweikomponenten-Polyurethan-Beschichtungsmaterialien entwickelt /Sti07/. Derartige Produkte werden durch Polyoldispersionen, in denen das Polyisocyanat möglichst homogen vermischt wird, erzielt. Während der Topfzeit und der Aushärtungszeit der homogenen Mischung aus wässriger Polyolphase und Polyisocyanat laufen mehrere Reaktionen gleichzeitig ab. Als Hauptreaktion kann meist die Umsetzung von Polyisocyanat mit den Hydroxylgruppen des Polyols unter Bildung von Polyurethan angesehen werden. Als langsame Nebenreaktion bilden sich Polyharnstoff und Kohlendioxid aus der Umsetzung des Polyiscyanates mit Wasser. Dadurch bleiben die Verarbeitungseigenschaften des Beschichtungsstoffes während der Topfzeit, die bis zu 8 Stunden betragen kann, relativ unverändert /Sti07/.

4.3.4 Acrylharze (AY, MMA) Acrylharze werden durch Polymerisation hergestellt. Sie beinhalten als überwiegenden Monomer-Bestandteil Ester der Acryl- bzw. Methacrylsäure. Zusätzlich können sie reaktive Gruppen wie Carboxyl-, Hydroxyl-, Amid-, Amino- und Epoxidgruppen beinhalten. Das Prinzip der radikalischen Polymerisation von MMA zu PMMA ist beispielhaft in Bild 4.23 dargestellt.

4.3 Harze auf Kohlenstoffbasis

93

4

Bild 4.23: Polymerisation von Methylmethacrylat

Die Eigenschaften der Polymere werden von Zusammensetzung, Polymerisationsgrad und ganz entscheidend von der Größe der Ester-Alkylgruppen beeinflusst. Deutlich wird dies beispielsweise in dem sehr weiten Bereichen der Glasübergangstemperatur von: • -70 °C bis +3 °C bei Polyacrylaten • -70 °C bis +105 °C bei Polymethacrylaten Eine steigende Glasübergangstemperatur bedeutet für den Zustand bei Normaltemperatur meist größere Härte, höhere Zugfestigkeit und größeren Abstand vom Erweichungspunkt, aber auch geringere Bruchdehnung. Die Härtung der Monomere erfolgt mittels radikalisch gestarteter Polymerisation über • Warmhärtung, • Kalthärtung, • Lichthärtung oder • durch energiereiche Strahlung. Bei der Lichthärtung, Härtung durch energiereiche Strahlung und teilweise bei der Kalthärtung wird den Monomeren ein Aktivator und ein Starter zugemischt, um die Polymerisation auszulösen. Eine vorzeitige Aushärtung wird durch Zugabe von Inhibitoren verhindert.

94

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Baufertige Polyacrylatsysteme mit niedrigen Molekulargewichten erweisen sich häufig als spröde und zeigen nur geringe Haftzugfestigkeitswerte, bieten allerdings den Vorteil niedriger Viskositäten. Stoffe mit höheren Molekülmassen zeichnen sich i.d.R. durch größere Zähigkeit, Flexibilität und Haftzugfestigkeit aus, jedoch ist ihre Anwendung durch schlechtere Verarbeitbarkeit als Folge höherer Viskosität eingeschränkt. Ähnlich wie die Kurzzeitkennwerte ist auch das Langzeitverhalten vom Molekulargewicht abhängig. So nimmt das Kriechen mit abnehmendem Molekulargewicht zu. Neben dem Molekulargewicht beeinflusst auch der Wassergehalt das mechanische Eigenschaftsbild von Acrylaten. Nach /She85/ wirkt Wasser bis zu einem Gehalt von rd. 1 M.-% wie ein Weichmacher, die Bruchdehnung wird gegenüber dem trockenen Zustand erhöht. Mit steigendem Wassergehalt fallen Bruchdehnung und Festigkeit deutlich ab.

4

4.4 Siliciumorganische Verbindungen – Silikone (SI) 4.4.1 Grundlagen Silikone sind kettenförmige, zum Teil vulkanisierbare Makromoleküle, die durch fortlaufende Verbindung von Silicium- und Sauerstoffatomen gebildet werden. In Bild 4.24 ist die Strukturformel eines Silikons dargestellt. Die Seitenvalenzen des Siliciums sind mit organischen Resten (R) besetzt. Je nach Art der Ausgangsstoffe, der Besetzung der Seitenvalenzen (z. B. mit Methyl CH3 oder Phenyl C6H5) und dem Polymerisationsgrad, ggf. auch dem Vernetzungsgrad, können ölige (hydrophobe), pastenartige, harzartige oder kautschukartige Silikone hergestellt werden.

Bild 4.24: Strukturformel der Silikone

Zu den Silikonen gehören je nach organischem Rest auch Silane, Siloxane, Silikonharze und Silikonate. Trotz vieler Unterschiede in den Eigenschaften ist den Silikonen die Unveränderlichkeit ihrer Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich (-50 bis 180 °C, in Sonderfällen -100 bis 300 °C), ihr hydrophobes Verhalten, eine gute chemische Beständigkeit und Korrosionsunempfindlichkeit gemeinsam. Nachteilig kann die geringe mechanische Festigkeit von Silikonen sein. Silikone reagieren neutral, sind unbrennbar und nichtleitend. Silikone werden im Baubereich als deckende Anstrichsysteme (Silikatfarbe, Silikonfarbe), Schmiermittel (Silikonöle), Dichtungen und Fugen (Silikonkautschuk) sowie Hydrophobierungsmittel verwendet. Auf dem Gebiet des Bautenschutzes und der Instandsetzung ist der Einsatz von Silikonen als Hydrophobierungsmittel von wesentlicher Bedeutung.

4.4 Siliciumorganische Verbindungen – Silikone (SI)

95

4.4.2 Hydrophobierungsmittel 4.4.2.1 Allgemeines Im Bauwesen werden überwiegend reaktive Siliziumverbindungen aus dem Grundstoff Chlorsilan eingesetzt, da diese auf der mineralischen Oberfläche polykondensieren, d. h. ein Silikonharz bilden. Diese so genannten siliziumorganischen Verbindungen bestehen aus einer Hauptkette aus Silizium (Si) und Sauerstoff (O), an die unterschiedliche organische Reste (R) in Form von Alkylgruppen (Cn H(2n+1)) und OH-Gruppen angebunden sind (siehe Bild 4.25).

4

Bild 4.25: Prinzipielle Wirkungsweise siliziumorganischer Verbindungen auf mineralischen Oberflächen

Bei Berührung mit einer silikatischen Oberfläche lagert sich die hydrophile Hauptkette mit ihren Silanolgruppen (Si-OH) an diese an, während die hydrophoben KohlenwasserstoffSeitenketten die neue Oberfläche bilden (Bild 4.25). Der entstehende Film ist extrem dünn. Die Schichtdicke ist für die Wirksamkeit ohne Bedeutung, sehr wichtig dagegen ist die wirksame Auskleidung aller Porenwandungen. Eine Mindesteintragsmenge an Wirksubstanz je m² Betonoberfläche (besser: je durchtränkte Volumeneinheit) ist daher erforderlich. Für die dauerhafte Wirksamkeit sind vor allem die an die Si-O-Hauptkette angebundenen organischen Seitenketten wichtig. Handelt es sich um Methylgruppen (CH3), so ist die Wirksamkeit auf neutralen bis leicht alkalischen Untergründen (Natursteine, karbonatisierter Putz und Beton) gut. Bei längeren Alkylgruppen (C4H9 bis C8H17) scheint die Beständigkeit auf alkalischen Substraten wesentlich besser zu sein, auf neutralem dagegen eher ungünstiger. Ausgangs- und Endprodukte aller handelsüblichen siliziumorganischen Hydrophobiermittel sind gleich. Aus dem Rohstoff Chlorsilan werden Silikonate, Silikonharze, Silane und Siloxane hergestellt. Durch chemische Reaktion auf der Baustoffoberfläche und / oder Verdunsten des Lösemittels entstehen in allen Fällen Silikonharze als wirksame Substanzen (s. Bild 4.26).

96

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4 Bild 4.26: Bildung von Silikonharz

4.4.2.2 Silikonate Silikonate sind wasserlösliche Siliziumverbindungen, die nach einigen Stunden bis einigen Tagen unter Aufnahme von Kohlenstoffdioxid polymerisieren und ihre hydrophobierende Wirkung entfalten. Obwohl Silikonate einen vergleichsweise günstigen Preis aufweisen, ist ihre Bedeutung im Bauwesen heute gering. Dies liegt vor allem an folgenden Nachteilen: • Bei der Reaktion entsteht als Nebenprodukt Kalciumcarbonat, welches als weißer Belag auf der Bauteiloberfläche zurückbleibt. • Silikonate weisen im Vergleich zu Siloxanen und Silanen eine geringere Eindringtiefe auf. • Schlagregen kurz nach der Applikation führt zu einer Auswaschung des Hydrophobierungsmittels. Aufgrund der wasserabweisenden Wirkung der Reaktionsprodukte kann keine Nachhydrophobierung mit Silikonaten vorgenommen werden. • Silikonatlösungen reagieren stark alkalisch. Sie dürfen daher nur unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen gehandhabt werden, z. B. sollen sie wegen der Zerstäubungswirkung nicht gespritzt werden. Angrenzende, gegen Alkalien empfindliche Bauteile (Glas, Aluminium) müssen zur Vermeidung von Ätzstellen und Fleckenbildungen abgedeckt werden. Das Hauptanwendungsgebiet von Silikonaten ist daher die werksmäßige Hydrophobierung von keramischen Dachziegeln, Porenbeton und Gipsplatten.

4.4.2.3 Silikonharze Silikonharze reagieren nach der Applikation auf die Baustoffoberfläche nicht mehr. Lediglich die aliphatischen oder aromatischen Lösemittel müssen verdunsten. Die Gefahr des Abspülens bei Schlagregen auf frisch behandelte Flächen ist aufgrund der raschen Lösemittelverdunstung gering. Da die zu imprägnierenden Betonbereiche lufttrocken sein müssen, ist eine Terminierung der Arbeiten schwierig, ggf. ist über einen längeren Zeitraum zur Austrocknung eine

4.4 Siliciumorganische Verbindungen – Silikone (SI)

97

Einhausung erforderlich. Die erreichten Eindringtiefen liegen unter denjenigen der Silane. Nachhydrophobierungen sind möglich.

4.4.2.4 Silane Silane sind hinsichtlich der Struktur eine monomere Form der Siloxane. Sie sind in polaren, wasserverträglichen Lösemitteln (Alkoholen) löslich. Eine gewisse Untergrundfeuchtigkeit und auch Alkalität sind für die stattfindenden chemischen Reaktionen notwendig. Auf neutralen Untergründen, wie z. B. Ziegel- und Natursteinmauerwerken sowie karbonatisierten Betonen, kann die Wirkstoffbildungsreaktion gestört sein. Infolge der Beweglichkeit der Monomermoleküle sind hohe Eindringtiefen erreichbar. Stark oder völlig wassergesättigte Untergründe können jedoch auch mit Silanen nicht erfolgreich behandelt werden, desgleichen sollte während einer akuten Schlagregengefahr von einer Hydrophobierung abgesehen werden. Nachhydrophobierungen sind möglich. Silane sind alkalifrei und greifen Metalle und Glas nicht an.

4.4.2.5 Siloxane Siloxane sind vorpolymeriserte Silane, die sich in der Länge der Silanketten und damit in der Molekülgröße unterscheiden. Ein Vorteil der Siloxane ist die geringe Flüchtigkeit. Sie verbleiben auch bei ungünstigen Applikationsbedingungen (niedrige Temperatur, fehlende Feuchtigkeit, mangelnde Alkalität) für eine Reaktion zu Silikonharz ausreichend lange auf der Baustoffoberfläche. Durch Zugabe von Katalysatoren können auch nicht alkalische Untergründe hydrophobiert und eine rasche Oberflächenreaktion erreicht werden (Verhinderung von Auswaschungen im frühen Alter). Im übrigen entsprechen die Eigenschaften weitgehend denjenigen der entsprechenden Silane, allerdings erreichen Siloxane aufgrund ihrer Größe tendenziell geringere Eindringtiefen.

4.4.2.6 Lösemittel und Wirkstoffkonzentrationen Marktübliche Produkte bestehen im Wesentlichen aus Silanen oder einem Gemisch aus Silanen und Siloxanen. Zur Hydrophobierung von zementgebundenen Baustoffen werden heute vorwiegend Wirkstoffe auf Alkylalkoxysilan-Basis eingesetzt. Silane und Siloxane können entweder unverdünnt oder verdünnt auf den Baustoff aufgetragen werden. Werden sie mit organischen Lösemitteln wie Alkoholen oder Benzinkohlenwasserstoff verdünnt, lassen sich drei Gruppen je nach Wirkstoffkonzentration unterscheiden: • Wirkstoffgehalt kleiner 10 %, • Wirkstoffgehalt zwischen 10 und 20 % und • Wirkstoffgehalt zwischen 20 und 40 %. Wirkstoffgehalte kleiner 5 % werden als zu gering eingestuft /Wol96/, /Ger02/. Um umweltschädliche Lösemittel durch Wasser zu ersetzten, ist die Zugabe von Emulgatoren notwendig. Es wird zwischen „Wasser in Öl“ Emulsionen (Wirkstoffgehalt > 50 %) oder „Öl in Wasser“ Emulsionen (Wirkstoffgehalt < 50 %) unterschieden. Die Leistungsfähigkeit der „Öl in Wasser“ Emulsionen wird allerdings durch geringe Eindringtiefen und der Trennung von Wirkstoff und Wasser auf der Baustoffoberfläche, das so genannte Brechen der Emulsion, reduziert /Ger02/.

4

98

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Im Gegensatz dazu erreichen hochviskose „Wasser in Öl“ Emulsionen mit einem Wirkstoffgehalt zwischen 70 und 80 % hohe Eindringtiefen /Mei02/. Die in den so genannten Cremes oder Pasten enthaltenen Silane bzw. Silan-Siloxan-Gemische sind weniger flüchtig. Die Wirkstoffe können im Verlauf mehrerer Stunden ohne Rückstände in den Untergrund eindringen und erreichen durch den hohen Wirkstoffanteil sowie die lange Einwirkzeit vergleichsweise hohe Eindringtiefen. Die wesentlichen Vorteile einer Creme sind zum einen die problemlose Applikation an senkrechten Fassadenflächen oder bei Über-Kopf-Arbeiten und zum anderen die geringe Flüchtigkeit des Wirkstoffs, was besonders bei trockenen und stark saugenden Betonoberflächen relevant ist. Weiterhin bieten Cremes und Pasten den Vorteil, dass äußerlich leicht erkennbar ist, ob alle zu hydrophobierenden Flächen auch behandelt wurden. Die Eigenschaften hydrophobierter Betonoberflächen werden im Abschnitt 7.3 beschrieben.

4

4.5 Dispersionen 4.5.1 Allgemeines – Begriffe Bild 4.27 verdeutlicht den Zusammenhang der Begriffe Dispersion, Latex, Lösungen, Suspension, Emulsion und Sole. Unter einer Dispersion versteht man ein aus mindestens zwei Phasen bestehendes System (disperses System), bei dem eine Phase (dispergierte Phase) in einer zweiten Phase, dem Dispersionsmittel, verteilt ist /Ben03/. Lösungen sind molekulare Dispersionen mit Teilchengrößen < 10-9 m. Sie erscheinen sowohl dem bloßen Auge als auch im Mikroskop als klare Flüssigkeit. Grobdisperse Systeme werden in Suspensionen, feste Bestandteile wie z. B. Polymere befinden sich im flüssigen Dispersionsmittel, und Emulsionen, eine Flüssigkeit befindet sich im flüssigen Dispersionsmittel, unterteilt. Kolloiddisperse Systeme befinden sich mit Teilchengrößen zwischen 10-9 m und 10-6 m zwischen den molekularen und grobdispersen Systemen /Ben03/. Ausgehend von der natürlich vorkommenden Kautschukmilch (dem Latex) werden heute ganz allgemein kolloiddisperse Systeme von Polymeren in wässrigen Medien als Latex bezeichnet /Fal90/.

Dispersionen

99

4

Bild 4.27: Erläuterung des Begriffs Dispersion

In den folgenden Abschnitten werden ausschließlich Polymerdispersionen behandelt. Zunächst werden die Rohstoffe und ein bedeutender Herstellungsprozess erläutert, um darauf aufbauend die Filmbildung und Filmeigenschaften von Polymerdispersionen kurz zu beschreiben. Mit der Darstellung spezieller Aspekte von Dispersionen im Bauwesen erfolgt der Abschluss des Kapitels.

4.5.2 Herstellung und Rohstoffe Das wichtigste Herstellverfahren für Polymerdispersionen ist die Emulsionspolymerisation. Weit über 90 % der industriellen Polymerdispersionen werden durch Emulsionspolymerisation erzeugt /Dis99/. Für den Reaktionsmechanismus der Emulsionsreaktion gibt es zwei Theorien, wobei die Vorstellungen von Fitch die klassische Harkins-Smith-Ewart-Theorie abwandeln /Ley06/. Vereinfacht zusammengefasst wird eine Emulsion von Monomeren in Wasser, die mit einer oberflächenaktiven Substanz (einem Emulgator) und/oder einem Schutzkolloid stabilisiert wird, durch Zusatz eines Initiators beim Erwärmen polymerisiert. Die Polymerisationswärme wird durch ein Kühlbad abgeführt. Meistens erfolgt die kontinuierliche Zugabe der Emulsion der Monomeren und des Initiators getrennt über eine gewisse Zeit. In industriell wichtigen Dispersionen werden bis zu 6 Monomere, meist 2–3 Emulgatoren, 1–2 Initiatorsysteme und 3–4 weitere Hilfsstoffe, Biozide, Entschäumer, Filmbildehilfsmittel etc. eingesetzt. Damit lassen sich nicht nur die kolloidchemischen Eigenschaften wie Teilchengröße/-verteilung, Stabilität, Viskosität etc., sondern auch die Polymereigenschaften wie Molekulargewichtsverteilung, Vernetzungs-

100

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

dichte, Glastemperatur und die Morphologie der verschiedenen Phasen in den Disperionsteilchen steuern /Dis99/. Tabelle 4.3 gibt eine Übersicht über Monomere, die hauptsächlich für die Emulsionspolymerisation eingesetzt werden. Die Hauptmonomere Butadien, Styrol, Vinylacetat, (Meth)acrylester, Acrylnitril bestimmen im Wesentlichen die Stoffeigenschaften der Filme aus den Dispersionen (Glasübergangstemperatur, Wasseraufnahme, Elastizität usw.). Hilfsmonomere, die nur zu einem geringen Anteil, meist < 5 %, eingesetzt werden, steuern Eigenschaften wie kolloidchemische Stabilisierung, Vernetzung und Hydrophilie. Reaktive Monomere, die auch nach dem Einbau ins Polymer noch über eine latent reaktive Gruppe verfügen, z. B. Glycidylmethacrylat, N-Methylol(meth)acrylamid, können nach der Verfilmung ein Netzwerk zwischen verschiedenen Teilchen und Polymermolekülen aufbauen. Tab. 4.3: Wichtige Monomere für die Emulsionspolymerisation /Dis99/

4

Monomer

Siedepunkt

Schmelzpunkt

Tg des Homopolymeren

°C 1.3. Butadien

-4,4

-109

-108

Styrol

145

-31

100

Vinylacetat

169/764 mbar

-35

32

Methylacrylat

80

-75

10

n-Buthylacrylat

148

-64

-54

Methylmethacrylat

100

-48

105

Acrylsäure

141

13

106

Acrylnitril

77

-84

97

Acrylamid

125/25 mbar

85

165

Vinylchlorid

-14

-154

81

Häufig enthalten Dispersionen neben Pigmenten auch Füllstoffe, um Eigenschaften gezielt dem jeweiligen Anwendungszweck anzupassen. In Beschichtungen werden beispielsweise Clacit, Kreide, Talkum, Kaolin, Glimmer und Silikate eingesetzt. Füllstoffe reduzieren das Schwinden bei der Filmbildung und erhöhen die Dichte, Härte, Festigkeit und den E-Modul. Eine Weiterentwicklung der Dispersionen stellen die redispergierbaren Pulver dar. Durch geeignete Additive werden diese aus Dispersionen gewonnen. Dabei wird das feinteilige Polymer mit einem wasserlöslichen Schutzkolloid (z. B. Polyvinylalkohol) umhüllt. Die Herstellung des Pulvers erfolgt mittels Sprühtrocknung, wobei sich die Polymerteilchen zur größeren, kugelförmigen Teilchen zusammenlagern. Durch die Zugabe von Wasser zum redispergierbaren Pulver sollen dann wieder Dispersionen entstehen. Die redispergierbaren Pulver werden z. B. für die Modifizierung von Mörtel/Estrich verwendet, indem sie dem trockenen ZementZuschlag-Gemisch bereits im Werk zugegeben werden.

Dispersionen

101

4.5.3 Charakterisierung von Dispersionen Dispersionen sind durch eine Heterogenität auf mesoskopischer Skala gekennzeichnet und stellen damit hohe Anforderungen an ihre Charakterisierung. Im Folgenden werden kurz wesentliche Parameter unverfilmter Dispersionen beschrieben: • Feststoffgehalt: Polymergehalt in einer Dispersion, im Bauwesen häufig zwischen 40 und 55 %. • Teilchengröße: Durchmesser der Polymerteilchen. Dispersionen besitzen Teilchendurchmesser zwischen 10 und etwa 1500 nm. Im Bauwesen liegt die typische Teilchengröße zwischen 100 und 500 nm. • Dichte: Die Dichten der meisten Polymerdispersionen liegen bei etwa 1 g/cm³, wobei die entsprechenden Polymere Werte zwischen 1,0 und 1,2 g/cm³ besitzen. • pH-Wert: Der pH-Wert spielt bei der Neutralisation und Formulierung von Dispersionen eine wichtige Rolle. Er kann bei im Bauwesen eingesetzten Dispersionen zwischen 2 und 11 liegen /Näg89/. • Oberflächenspannung: Je niedriger die Oberflächenspannung desto besser ist die Benetzung des Substrates. • Viskosität: Die erforderliche Viskosität einer Dispersion hängt vom Einsatzgebiet ab. Sie variiert bei Dispersionen, die im Bauwesen eingesetzt werden, zwischen 5 und 7000 mPa·s /Näg89/.

4.5.4 Filmbildung und Filmeigenschaften von Dispersionen Das Verdunsten des Dispersionsmittels bzw. kapillare Saugen des Untergrundes führt zu einer Erhöhung der Konzentration der Polymerteilchen, welche sich immer dichter aneinander lagern. Ab einer bestimmten Teilchendichte versagen bei den Dispersionen die stabilisierenden Kräfte der Schutzkolloide und Emulgatoren, die Dispersion bricht. Oberhalb der Mindestfilmbildetemperatur fließen die Polymerteilchen dann ineinander und bilden einen Film. Kommen keine reaktiven Monomere zum Einsatz, wird ein thermoplastischer Kunststoff gebildet, die Kettenmoleküle lagern sich aneinander und verknäulen. Äußerlich ist dieser Prozess daran zu erkennen, dass die weißliche Dispersion in einen transparenten Film übergeht. Bild 4.28 verdeutlicht den Prozess der Filmbildung. Unterhalb einer für jede Dispersion charakteristischen Temperatur, der so genannten Mindestfilmbildetemperatur, trocknet das System nur zu einer pulvrigen Masse aus, da aufgrund der eingeschränkten Beweglichkeit der Partikelmoleküle bei niedriger Temperatur ein Zusammenfließen der Partikel nicht mehr möglich ist. Grundsätzlich wird der Filmbildeprozeß maßgeblich von den klimatischen Randbedingungen beeinflusst. Um bei der Charakterisierung der Filme reproduzierbare Ergebnisse zu bekommen, müssen Parameter wie Nassschichtdicke, Trocknungstemperatur, Luftfeuchte und Konvektion sowie Trocknungs- und Lagerzeit kontrolliert werden. Bei schneller Trocknung können insbesondere Hautbildungsphänomene (Austrocknen und Verfilmen der Dispersion an der Oberfläche) eine definierte Trocknung der darunter befindlichen Dispersion erschweren.

4

102

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4

Bild 4.28: Entstehung eines Dispersionsfilms

Die Filmbildung ist aufgrund der „physikalischen Verfilzung“ der Polymerpartikel ein irreversibler Vorgang. Der Film kann i. d. R. nicht durch Zugabe von Wasser gelöst werden. Wesentliche Parameter/Eigenschaften von Dispersionen sind: • Mindestfilmbildetemperatur MFT: Die MFT ist diejenige Temperatur, bei der ein homogener, rissfreier Film gebildet wird. • Glasübergangstemperatur Tg: Temperatur oberhalb derer harte, glasartige Polymerfilme zäh-viskos oder gummielastisch werden. Polymerisate mit einer Tg deutlich oberhalb der Raumtemperatur werden als hart, im umgekehrten Fall als weich bezeichnet. • Mechanische Kennwerte wie Zugfestigkeit, E-Modul, Haftzugfestigkeit auf typischen Untergründen. • Wasseraufnahme: Die Wasseraufnahme aus der umgebenden Atmosphäre oder in direktem Kontakt mit Wasser kann zu Auswaschungen löslicher Bestandteile, Quellen, erhöhter Dehnbarkeit und verminderter Festigkeit des Films führen (siehe Bild 4.29). Je hydrophiler das Polymer, desto höher ist die Wasseraufnahme unter sonst gleichen Bedingungen. Hydrophobe Filme aus Styrol- oder Butadienpolymerisaten nehmen kaum Wasser auf. Bei Polymeren, in denen hydrophile und hydrophobe Gruppen vorliegen, wie in Methacrylat und Ethylacrylat, hängt die Wasseraufnahme von der Wirkung der einzelnen Gruppen sowie vom Hilfsstoffsystem ab. • Verseifungsbeständigkeit: Sie ist bei Dispersionen, die mit alkalischen Medien oder Untergründen in Berührung kommen, z. B. Mörtel, wichtig. Vergleichsweise leicht verseifbar

Dispersionen

103

sind jeweils die niederen Glieder der Vinylester- und Acrylester-Reihe, z. B. Vinylacetat und Methylacrylat /Näg89/. Mit zunehmender Länge der Säure- bzw. Alkoholkomponente nimmt die Beständigkeit zu.

4

Bild 4.29: Wasseraufnahme und Zugfestigkeit von Dispersionsfilmen /Pak06/

4.5.5 Dispersionen im Bauwesen 1998 wurden für die Bauindustrie in Westeuropa 1,2 Millionen Tonnen synthetische Polymere in Form von wässrigen Dispersionen hergestellt /Dis98/. Diese werden überwiegend als Bindemittel für Kleb- und Dichtstoffe, Beschichtungsmaterialien sowie als Zusatzstoffe in einer Vielzahl von Baustoffen eingesetzt. Im Wesentlichen bilden Acrylate, Copolymerisate und Silikone die Basis für derartige Dispersionen. Acrylate sind, wie in Abschnitt 4.3.4 beschrieben, Polymerisationsprodukte. Sie zeichnen sich im Allgemeinen durch eine gute Alkali- und UV-Beständigkeit, eine hohe Dichtigkeit gegen CO2 (Karbonatisierungsschutz), einen geringen Wasserdampfdurchlasswiderstand und gute Chemikalienbeständigkeit aus. Misch- oder Copolymerisate werden durch Polymerisation von verschiedenen Monomeren hergestellt. Copolymere des Vinylacetats, Vinylpropionat-Vinylchlorid-Mischpolymerisate sowie Dispersionssysteme auf der Basis von Styrol/Acrylat, Styrol/Butadien finden breite Anwendung. Dabei werden die Komponenten nach den Eigenschaften ausgewählt. Tabelle 4.4 gibt einen Überblick über häufig verwendete Monomere und deren wesentlichen Eigenschaften als Polymerisationsbestandteil.

104

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Tab. 4.4: Häufig verwendete Monomere und deren wesentlichen Eigenschaften als Polymerisationsbestandteil /Gie06/

4

Monomere

Wirkung

Vinylacetat

haftungsverbessernd, verseifbar

Vinylpropionat

hart, schwer verseifbar

Vinylchlorid

kreidend, weichmachend, unverseifbar, haftungsverbessernd

Butadien

kreidend, weichmachend, unverseifbar

Styrol

kreidend, hydrophobierend, unverseifbar

Acrylat

nicht kreidend, weichmachend, unverseifbar, haftungsverbessernd

Zurzeit werden Polymerdispersionen mit nachwachsenden Rohstoffen auf Saccharidbasis entwickelt /Flo07/. Diese Polymerdispersionen dienen zur Mörtelmodifizierung (Herstellung von PCCs). Eingesetzt werden dazu Dispersionen, deren Polymerpartikel einen Kern-SchaleAufbau aufweisen. Als Monomere eignen sich sowohl die Kombination von Styrol (S) und Butylacrylat (BA) im Kern und 1-Deoxy-1-methacrylamido-glucitol (MAG) und Ethylarcylat (EA) in der Schale als auch die Kombination von Methylmethacrylat (MMA) und BA im Kern sowie MAG und BA in der Schale. Aufgrund der durch die Polarität des MMA/BA-Kerns verbesserten Anbindungsbedingungen für die Schale konnte der Anteil nachwachsender Rohstoffe in der Schale gegenüber der styrolhaltigen Variante auf rund 20 Gew.-% Zuckeranteil im Endlatex gesteigert werden /Flo07/. Der Anteil nachwachsender Rohstoffe soll in Zukunft weiter gesteigert werden. Die Eigenschaften der mit diesen Polymerdispersionen hergestellten PCCs sind mit herkömmlichen PCCs vergleichbar (Abschnitt 5.5).

4.5.6 Verarbeitung Da Polymerdispersionen i. d. R. einkomponentig sind, sind sie hinsichtlich ihrer Verarbeitung leichter zu handhaben als zweikomponentige Reaktionsharze. Bei der Verarbeitung von Dispersionen ist im Wesentlichen folgendes zu beachten: • Einhalten der Mindestfilmbildungstemperatur (i. d. R. > 5 °C), da die Verarbeitung bei geringeren Temperaturen eine mangelhafte bzw. keine Filmbildung bedingt. Dies macht sich im Kreiden des Anstrichs oder geringeren Beständigkeiten bemerkbar. • Das Verteilungsmittel muss verdunsten können. Hierfür ist ein ausreichend trockener Untergrund (wichtig für die Adhäsion), eine ausreichend geringe Luftfeuchtigkeit (< 80 %) und die Einhaltung der Schichtdicken notwendig. Eine zu große Schichtdicke bedingt eine Verdichtung der Oberfläche des Films durch Verdunsten, während das Verteilungsmittel in den darunter liegenden Bereichen nicht mehr entweichen kann. Die Folgen können Blasen, unzureichender Verbund zum Untergrund und erweichte Stellen sein. • Die Witterungsbedingungen sind zu beachten: Kein Auftragen bei Regen (Verdünnung des Verteilungsmittels, Abwaschen von der Oberfläche), starker Sonneneinstrahlung und Wind (ungleichmäßiges Verdunsten des Verteilungsmittels).

4.6 Acrylatgele

105

4.6 Acrylatgele 4.6.1 Allgemeines Acrylatgele werden seit Jahren erfolgreich für die Erdreichvergelung im Zuge von Abdichtungsmaßnahmen von Bauwerken verwendet. Im Bereich Instandsetzung von Betonbauwerken erfolgt in den letzten Jahren ein zunehmender Einsatz der Acrylatgele zur Verpressung von Rissen in Stahlbetonbauwerken. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich ausschließlich auf Acrylatgele zur Rissverpressung. In Deutschland existiert bislang für den Bereich des Stahlbetonbaus kein verbindliches Prüfverfahren, welches sich mit einer eventuellen Korrosionsgefährdung für die Bewehrung durch den Einsatz von Acrylatgelen zur Rissverpressung befasst. Ziel zweier durchgeführter Forschungsvorhaben war zum einen die Charakterisierung von Acrylatgelen hinsichtlich ihrer korrosionsfördernden bzw. hemmenden Eigenschaften für die Stahlbewehrung in gerissenen Stahlbetonbauteilen, zum anderen aber auch die Entwicklung eines praktikablen Prüfverfahrens zur Bewertung der Gele /Rau06c/, /Rau07a/. Der Begriff „Acrylatgel zur Rissverpressung“ bezeichnet üblicherweise einen weich- bis gummielastischen Gelkörper auf Acrylatbasis mit einem hohen Anteil an chemisch ungebundenem Wasser. Acrylatgele werden i. d. R. aus zwei bis fünf Komponenten je nach Hersteller und Anwendungsfall hergestellt. Typisch sind Stammkomponente, Katalysator (Beschleuniger), Initiator (Starter) und Wasser. Durch die Zugabe des Starters erfolgt die Polymerisation, bei der aus den Acryl-Monomeren weitmaschige makromolekulare Verbindungen entstehen. Untersuchungen mittels Röntgen-Diffraktometrie an Startern von Acrylatgelen ergaben, dass die Starter i. d. R. aus Peroxodisulfat (z. B. Na2S2O8 oder K2S2O8) und Carbonaten sowie Dolomit bestehen /Rau06c/. Zur Erhöhung des pH-Wertes sind in einigen Systemen Magnesiumverbindungen enthalten.

4.6.2 Eigenschaften und Einsatzbereiche Die makromolekularen Verbindungen der Acrylatgele lagern an ihren Seitenketten Wasser physikalisch an. Trocknet das Acrylatgel aus, wird dieses Wasser wieder abgegeben. Aus diesem Grund weisen Acrylatgele bei Wasserkontakt eine starke Volumenzunahme (Quellen) und beim Austrocknen eine deutliche Volumenabnahme (Schwinden) auf. Durch das teilweise in den einzelnen Komponenten bereits enthaltene Wasser und bzw. oder der zusätzlichen Wasserzugabe auf der Baustelle, weisen Acrylatgele nach dem Vermischen der Einzelkomponenten zunächst eine geringe Viskosität auf. Die Viskosität liegt nur geringfügig über der von Wasser. Innerhalb der Reaktionszeit, die je nach System zwischen wenigen Sekunden und mehreren Stunden variabel einstellbar ist, steigt die Viskosität an, bis die gelartige Polymerstruktur vorhanden ist. Diese beiden Eigenschaften, große Volumenzunahme bei Wasserkontakt und geringe Anfangsviskosität, bedingen einen zunehmenden Einsatz der Acrylatgele im Bereich der Abdichtung und Verpressung von Rissen sowie Kiesnestern. Allerdings weisen die Acrylatgele hinsichtlich des Korrosionschutzes der Stahlbewehrung im Bereich der behandelten Risse und Kiesnester nachteilige Eigenschaften auf.

4

106

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Der pH-Wert handelsüblicher Acrylatgele liegt zwischen 1,2 und 9,5 (Bild 4.30). Somit kann keines der untersuchten Gele eine direkte Passivierung des Bewehrungsstahls und damit die Unterbindung des anodischen Teilprozesses der Korrosion sicherstellen /Har06/.

4

Bild 4.30:

PH-Werte handelsüblicher Acrylatgele zu Beginn (schwarz) und am Ende der Lagerungsdauer von 90 Tagen (grau) bei 23 ° im geschlossenen Gefäß /Har06/

Der an handelsüblichen Acrylatgelen ermittelte Elektrolytwiderstand ist in Bild 4.31 dargestellt. Während des Versuchs über 20 Tage bei 23 °C wurde ein Austrocknen der Gele verhindert. Die Elektrolytwiderstände der Gele betragen zwischen etwa 0,5 und 33 Ωm. Im Gegensatz dazu weist das zum Vergleich untersuchte Polyurethan (für die Rissverpressung geprüftes Produkt) Elektrolytwiderstände von 1,8·105 Ωm bis 1,5·107 Ωm auf. Somit können die Gele als gute elektrische Leiter bezeichnet werden, während Polyurethane eine elektrolytisch isolierende Wirkung aufweisen /Har06/. Der dauerhafte Einsatz von Acrlyatgelen in Stahlbetonen (z. B. Rissverpressung) erfordert eine Alkalibeständigkeit, insofern der Beton nicht karbonatisiert ist. In /Har06/ wurde jedoch gezeigt, dass nicht alle Acrylatgele stabil gegenüber Alkalien sind. Rund 40 % der untersuchten Gele erwiesen sich als nicht strukturstabil in alkalischer Lösung, weitere rund 50 % der untersuchten Gele zeigten ein deutlich verringertes Quellverhalten. Als weitestgehend stabil erwies sich ein polymerverstärktes, wasserreduziertes Acrylatgel. Eine Diffusion von Alkalien (Kalium und Natrium) durch Acrylatgelschichten ist im begrenzten Umfang möglich, insofern die Gele gegenüber alkalischen Lösungen stabil sind. In Untersuchungen von /Rau07a/ zeigt sich eine deutlich ausgeprägtere Diffusion von Natrium gegenüber Kalium, was u. a. auf die kleinere Teilchengröße von Natrium zurückgeführt werden kann.

4.6 Acrylatgele

107

4 Bild 4.31: Elektrolytwiderstand von Rissfüllstoffen /Har06/

4.6.3 Problematik der fehlenden Korrosionsschutzwirkung für Stahl Aus den im vorangegangen Abschnitt beschriebenen Eigenschaften von Acrylatgelen geht hervor, dass der pH-Wert handelsüblicher Acrylatgele nicht ausreicht, um den Bewehrungsstahl direkt zu passivieren. Des Weiteren weisen ausreagierte Acrylatgele hohe elektrolytische Leitfähigkeiten auf, die den elektrolytischen Teilprozess der Bewehrungskorrosion nicht unterbinden. Teilweise sind Acrylatgele im alkalischen Milieu des Betons nicht strukturstabil. Diese Eigenschaften sprechen für einen fehlenden Korrosionsschutz des Bewehrungsstahls im Bereich von Betonrissen bzw. Kiesnestern, die mit Acrylatgelen verpresst werden. Anhand unterschiedlicher potentiostatisch geregelter Korrosionsversuche wurde die Korrosionsgefährdung bestätigt /Rau07d/. Dabei wurden sowohl massige Acrylatgelschichten (Kiesnester) als auch dünnschichtige Acrylatgelschichten (Risse) um einen Bewehrungsstahl berücksichtigt. Vergleichende Untersuchungen mit einem Rissfüllstoff auf Polyurethanbasis ergaben keine nennenswerten Stromdichten und damit keine Korrosion an der Arbeitselektrode /Har06/. Bei alkalibeständigen Acrylatgelen, die nur als dünne Gelschicht im Kontakt mit einer Stahlbewehrung stehen (Riss), ist eine Diffusion von Alkalien aus der Porenlösung zum Stahl möglich. Hierdurch dann der Stahl passivieren und ist somit vor Korrosion geschützt. Dieser Mechanismus setzt jedoch wie bereits erwähnt eine ausreichende Alkalität des Umgebungsbetons voraus /Har06/. Des Weiteren sollte der Umgebungsbeton frei von Chloriden sein, da anzunehmen ist, dass Chloride durch Acrylatgele diffundieren und somit an die Stahloberfläche gelangen /Rau07d/. Derzeit wird untersucht, unter welchen baupraktischen Bedingungen bestimmte inzwischen verbesserte Produkte einen Korrosionsschutz für die Bewehrung bieten können.

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4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4.7 Zementgebundene Schutz- und Instandsetzungsstoffe 4.7.1 Grundlagen Die Hauptbindemittelkomponente zementgebundener Schutz- und Instandsetzungsstoffe stellt der Zement dar. Mit der Zugabe von Wasser beginnt der Zement zu hydratisieren, d. h. er bindet chemisch Wasser. Bei der Hydratation der Zemente bilden sich aus den im Wesentlichen verwendeten Rohstoffen CaO, Al2O3, SiO2 und Fe2O3 bzw. den hieraus durch die Herstellung erzeugten Hauptverbindungen, unterschiedliche Hydratphasen aus: • Calciumsilikathydrat (CSH-Phasen) • Calciumaluminathydrat

4

• Calciumaluminatferrithydrat Die CSH-Phasen sind für die Festigkeitsbildung des Zementes maßgebend. Bei der Hydratation der Calciumsilikate spaltet sich freies Calciumhydroxid (Ca(OH)2) ab. Dieses geht mit anderen Alkalien teilweise in Lösung, wodurch sich in der Porenlösung ein pH-Wert von rd. 12,5 bis 13,5 einstellt /Schi96/. Die Ausbildung des Porenraums im Zementsteingefüge hängt wesentlich vom Wasser/Zement-Wert (w/z-Wert) ab. Zementgebundene Materialien sind kontinuierlich leichten Veränderungen unterworfen. In Abhängigkeit vom Wasserangebot bilden sich über Jahre hinweg Hydratphasen. Dadurch steigt die Festigkeit des Kernbetons, i. d. R. mit abnehmender Tendenz, weiter an, während sich die Eigenschaften des oberflächennahen Randbetons durch mechanische, chemische und physikalische Einwirkungen stark verändern können. Detaillierte Angaben zu zementgebundenen Werkstoffen können unter anderem /Wes93/ entnommen werden. Die Gesteinskörnung ist das Korngerüst des zementgebundenen Instandsetzungsstoffes. Im Beton eingesetzte Gesteinskörnungen müssen den Anforderungen nach DIN EN 12 620:2003 in Verbindung mit DIN V 20 000-103:2004 und -104:2004 genügen. Schädliche Bestandteile der Gesteinskörnungen können das Erstarren oder Erhärten des Betons stören, die Festigkeit und die Dichtigkeit des Betons herabsetzen, zu Absprengungen führen oder den Korrosionsschutz der Bewehrung beeinträchtigen. Anhand der Gesteinskörnung erfolgt eine Einteilung in die Gruppen Mörtel und Beton: Mörtel weisen ein maximales Größtkorn von 4 mm auf, während Betone aus einem Größtkorn oberhalb von 4 mm bestehen. Aufgrund der zumeist begrenzten Abmessungen der instand zu setzenden Bereiche (lokale Schadstellen, dünne Schichten) und der Forderung nach einer minimalen Schichtdicke in Abhängigkeit vom Größtkorn (Faustformel: min. Schichtdicke ~ 3faches Größtkorndurchmesser) werden überwiegend Mörtel als zementgebundene Schutzund Instandsetzungsstoffe verwendet. Eine Ausnahme stellen verankerte und bewehrte Vorsatzschalen bei Wasserbauwerken, z. B. Schleusen dar /ZTVW/. Normalmörtel setzen sich im Wesentlichen aus Zement, Sand aus natürlichem Gestein sowie gegebenenfalls noch Kalk zusammen. Der Wasser/Zement-Wert sollte im Regelfall 0,5 nicht überschreiten. Der Zementgehalt sollte mindestens 400 kg/m³ betragen. Häufig werden zur gezielten Veränderung von Eigenschaften Zusatzmittel und Zusatzstoffe zugegeben. Im Einzelnen erfolgt der Einsatz von:

4.7 Zementgebundene Schutz- und Instandsetzungsstoffe

109

• Dichtungsmittel: wasserabweisende Wirkung • Plastifizierungsmittel (Verflüssiger, Fließmittel, indirekt auch Luftporenbildner): bessere Verarbeitbarkeit • Frostschutzmittel: Verarbeiten bei tiefen Temperaturen • Polymerdispersionen: Verbesserung des Wasserrückhaltevermögens, bessere Haftfestigkeit zum Untergrund • Einpresshilfen: geringerer Wasserbedarf, besseres Fließvermögen, Ausgleich der Volumenverringerung Als Zusatzstoffe werden z. B. Kalkhydrat, Traß, Flugasche, Hüttensand, Gesteinsmehl und Pigmente verwendet. Kunststoffmodifizierte Instandsetzungsmörtel/-betone werden als PCC bezeichnet. Es ist zu beachten, dass handelsübliche Produkte zum Teil nur geringere Polymeranteile von 0,05– 0,10 M.-% auf weisen und damit trotz ihrer Bezeichnung technisch keine ausgeprägten PCC sind. Eine ausführliche Beschreibung der PCC erfolgt in Abschnitt 4.7.3 und 5.5.

4.7.2 Spritzmörtel und -beton Eine Einteilung zementgebundener Materialien kann durch die Art der Verarbeitung erfolgen: Der Instandsetzungsmörtel/-beton wird entweder händisch bzw. maschinell mit Rüttelbohlen oder mit Spritzenergie verdichtet. Beim Einsatz von Spritzenergie wird von Spritzmörtel bzw. Spritzbeton gesprochen. Spritzbeton besteht demnach ebenfalls aus Zement, Zuschlägen und Wasser. Anwendungsspzifisch können dem Spritzbeton Zusatzmittel (z. B. Erstarrungsverzögerer, -beschleuniger) oder Zusatzstoffe wie Microsilika zugegeben werden. Ein Vorteil des Spritzbetons ist bei entsprechender Untergrundvorbereitung der gute Verbund zum Untergrund aufgrund des hohen Aufpralldrucks. Die Spritzbetonschicht kann durch die Wahl der Ausgangsmischung in ihren Eigenschaften dem vorhandenen Betonuntergrund angepasst werden. Eine Schalung ist für den Spritzbetonauftrag nicht erforderlich. Ein Auftrag des Spritzbetons kann im Trocken- oder Nassspritzverfahren erfolgen. Für die Verstärkung und Instandsetzung von Stahbetonbauwerken wird häufig das Trockenspritzverfahren eingesetzt. Dabei wird das Anmachwasser dem durch Schläuche zur Einbaustelle geförderten Trockengemisch erst in der Düse zugegeben (Bild 4.32). Der Düsenführer regelt die Wasserzugabe in Abhängigkeit vom Förderstrom. Ein definierter w/z-Wert lässt sich somit beim Trockenspritzverfahren nicht einhalten. Eine optimale Spritzbetonkonsistenz wird durch einen erfahrenen Düsenführer bei einem w/z-Wert von etwa 0,5 erreicht. Ein höherer Wassergehalt reduziert die Haftung zum Untergrund, während niedrigere Wassergehalte zu einem Anstieg des Rückpralls und der Staubentwicklung führen /Han05/. Die Qualität des Spritzbetons wird daher maßgeblich von der Verfahrenstechnik und der Qualifikation des Düsenführers bestimmt. Die ZTV-ING und RL-SIB fordern zum Auftrag von SPCC daher einen „Düsenführerschein“ als Ergänzung zum SIVV-Schein.

4

110

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

4

Bild 4.32: Schematische Darstellung des Spritzbetonauftrags /Han05/

Beim Nassspritzverfahren wird der Beton inklusive des Wassers in der Regel direkt aus dem Mischer in die Spritzmaschine gegeben und zur Einbaustelle gefördert. Dadurch werden Schwankungen im w/z-Wert vermieden, allerdings sinkt die Verarbeitbarkeitsdauer und der Reinigungsaufwand für die Maschinen und Schläuche steigt. Das Einbringen und Verdichten des Betons erfolgt beim Spritzbeton in einem Arbeitsgang. Dabei prallt ein Teil des Materials wieder zurück (Bild 4.32). Beim Spritzvorgang wird zunächst der Zementleim mit hoher Energie in den rauen Untergrund eingetrieben. Grobe Zuschläge prallen vom harten Untergrund zurück. Dieser Rückprall kann je nach Spritzrichtung und Mischungszusammensetzung zwischen 15 und über 30 % betragen /Han05/. Der Rückprall muss entsorgt werden und bedingt eine Veränderung des aufgebrachten Spritzbetons gegenüber der Ausgangsmischung. In der Verbundzone kommt es zur Zementanreicherung. Dies muss bei der Betonrezeptur berücksichtigt werden. Aufgrund des Rückpralls ist das Spritzen horizontaler Flächen im Allgemeinen nicht möglich. Zur Erhöhung der Biegezug- und Schubtragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen sowie bei großen Spritzbetonschichten (bei einem Arbeitsgang: > 50 mm) ist der Einsatz zusätzlicher Bewehrung erforderlich. Dabei ist die Bewehrung so anzuordnen, dass Spritzen möglich ist. Das heißt: Der Abstand gleich laufender Bewehrungsstäbe darf 5 cm nicht unterschreiten, damit die Bewehrung mit Beton ummantelt und der Spritzbeton auch hinter den Stäben ohne Spritzschatten eingebaut wird. Bei mehreren Bewehrungslagen ist die Bewehrung ggf. lagenweise zu verlegen und jede Lage einzeln einzuspritzen. Die Bewehrung darf beim Spritzen ihre Position nicht verlieren. Die durch Abschattung des Spritzstrahls entstehenden Fehlstellen sind an Doppelstäben besonders ausgeprägt. Die vielfältigen Formen und Arten der Fehlstellen lassen sich auf flächenhafte sowie linienförmige Spritzschatten zurückführen (Bild 4.33).

4.7 Zementgebundene Schutz- und Instandsetzungsstoffe

111

4

Bild 4.33: Schematische Darstellung der Spritzschatten /Scho91/

4.7.3 Kunststoffmodifizierte Mörtel (PCC) Mit Polymerdispersionen modifizierte Mörtel werden als PCC bezeichnet. Der Polymeranteil sollte zum Erreichen der nachfolgend beschriebenen Wirkungen mindestens bei etwa 5 % bezogen auf den Zementgehalt liegen. Somit ist der Zement das Hauptbindemittel. Nachfolgend wird die Modellvorstellung von Beeldens, Van Gemert, Schorn und Ohama /Bee04/ über die Wirkung einer Polymerdispersion im Mörtel erläutert. Die Zusammensetzung und Eigenschaften handelsüblicher PCCs werden im Abschnitt 5.5 dargestellt. Das Zusammenspiel von Polymerdispersion und Mörtel während der Aushärtung des PCC´s kann nach /Bee04/ in vier Stufen eingeteilt werden. In Bild 4.34 sind die vier Stufen dargestellt und erläutert.

112

4 Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Stufe 1: Unmittelbar nach dem Anmischen des Mörtels: Gesteinskörnung, Zementpartikel, Polymerpartikel und Wasser

4

Stufe 2: Polymerpartikel interagieren mit Zementpartikeln und der Gesteinskörnung. Bei einer Austrocknung kann evtl. ein Dispersionsfilm geformt werden

Stufe 3: Die Zementhydratation schreitet voran und die Filmbildung beginnt an vereinzelten Stellen

Stufe 4: Die Polymerpartikel bilden einen durchgängigen Film, während die Zementhydratation fortschreitet

Bild 4.34: „Integrated Model“ für die Entstehung der Mikrostruktur in PCC´s /Bee04/

4.7 Zementgebundene Schutz- und Instandsetzungsstoffe

113

Die in Bild 4.34 dargestellte Entstehung der Mikrostruktur hängt von zahlreichen Einflussfaktoren ab. Die Art und Ausbreitung des Polymerfilms hängt wesentlich vom Polymer/ZementVerhältnis ab. Unterhalb von 5 % Polymerdispersion bezogen auf den Zement entstehen nur in vereinzelten Bereichen Polymerfilme. Entsprechend den Erläuterungen in Abschnitt 4.5.4 kann ein Film nur durch die Verdunstung von Wasser entstehen. Somit beeinflusst die Lagerung des PCCs während der Hydratation maßgeblich die Mikrostruktur: Durch die Wasser bzw. Feuchtlagerung wird die Zementhydratation beschleunigt, die Trockenlagerung ermöglicht hingegen die Filmbildung. Erfolgt die Trockenlagerung zu früh, können Zementpartikel vom Polymerfilm so eingekapselt werden, dass eine Hydratation unterbunden wird /Bee04/. In /Bee04/ wird somit eine Feucht- bzw. Wasserlagerung während der ersten 28 Tage und danach eine Nachbehandlung bei geringen relativen Luftfeuchten empfohlen.

4

5 Ersatz geschädigten Betons

5.1 Allgemeines Innerhalb dieses Kapitels werden die Baustoffe für den Ersatz geschädigten Betons hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungsbereiche und Verarbeitung am Bauteil beschreiben. Hierzu wird zunächst im Abschnitt 5.2 der Aufbau von Betonersatzsystemen mit einer kurzen Gegenüberstellung der Materialien erläutert. Die Anwendungsbereiche und Anforderungen an Betonersatzsystemen nach EN 1504-3 und Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb für Bauwerke und Bauteile aus Beton und Stahlbeton RL-SIB /DAfStb01/ werden ebenfalls im Abschnitt 5.2 zusammengefasst. Neben Betonen und/oder Mörteln beinhalten Betonersatzsysteme i. d. R. auch Haftbrücken und Feinspachtel sowie einen Korrosionsschutz der Bewehrung. Diese Baustoffe werden in den Abschnitten 5.7 und 5.8 erläutert. Das Kapitel schließt mit Hinweisen zur Schadensvermeidung (Abschnitt 5.9) ab.

5.2 Überblick 5.2.1 Materialien eines Betonersatzsystems Generell werden Instandsetzungsmörtel zum Ersatz von geschädigtem Beton eingesetzt. Zusätzlich kann der Einsatz eines so genannten Korrosionsschutzes (Abschnitt 5.2.9), einer Haftbrücke sowie eines Feinspachtels (Abschnitt 5.2.7) erforderlich sein. Eine Haftbrücke dient zur Verbesserung der Haftung zwischen Altbeton und Instandsetzungsmörtel, während der Feinspachtel zur Nivellierung des Instandsetzungsmörtels bei einem nachfolgend aufzubringenden Oberflächenschutzsystem eingesetzt wird. Bild 5.1 zeigt die Elemente eines Betonersatzsystems. Der in bestimmten Fällen auf die vorbehandelte Bewehrungsoberfläche applizierte Korrosionsschutz (1. in Bild 5.1) ist in der Regel zementgebunden oder auf Reaktionsharzbasis, gewöhnlich Epoxidharz. Die Haftbrücke (2. in Bild 5.1) ist entweder eine zementgebundene Schlämme oder ein Reaktionsharz, gewöhnlich Epoxidharz, ggf. entsprechend des Korrosionsschutzes. Der Instandsetzungsmörtel (3. in Bild 5.1) wird in vergleichsweise dünnen Schichten aufgebracht, bei großen Ausbruchstellen wird Instandsetzungsbeton verwendet. Die Verwendung des Feinspachtels (4. in Bild 5.1) dient zum Porenabschluss und Glätten. Zur Erstellung einer ebenen und profilgerechten Oberfläche kann eine zusätzliche Ausgleichsschicht erforderlich sein. Abschließend wird i. d. R. eine mineralische Dickbeschichtung, z. B. ein Instandsetzungsmörtel M2-PCC I (Variante A), oder ein Oberflächenschutzsystem (Variante B) aufgebracht. Während der Feinspachtel Bestandteil des

5.2 Überblick

115

Betonersatzsystems oder Oberflächenschutzsystems sein kann, gehört die Haftbrücke zum Betonersatzsystem und die unter Umständen erforderliche Grundierung als Zwischenschicht zum Oberflächenschutzsystem.

5

Bild 5.1: Elemente eines Betonersatzsystems

Folgende Materialien werden als Ersatz geschädigten Betons verwendet: • Beton • Spritzbeton • Zementmörtel (CC für Cement Concrete) • Kunststoffmodifizierter, zementgebundener Beton bzw. Mörtel (PCC für Polymer Cement Concrete) • Kunststoffmodifizierter, zementgebundener Beton bzw. Mörtel, der im Spritzverfahren aufgebracht wird (SPCC für Sprayed Polymer Cement Concrete) • Reaktionsharzgebundener Beton bzw. Mörtel (PC für Polymer Concrete) Tabelle 5.1 stellt die Angaben nach RL-SIB bzw. ZTV-ING zur Zusammensetzung der unterschiedlichen Instandsetzungsmörtel gegenüber. Die Materialien können für die statisch und nicht statisch relevante Instandsetzung von Betontragwerken eingesetzt werden. Die Darstellung der Anwendungsbereiche erfolgt in der RL-SIB /DAfStb01/ anhand von Beanspruchungsklassen und in der EN 1504-3:2005 anhand der Prinzipien und Methoden. Im nachfolgenden Abschnitt 5.2.2 werden beide Arten der Einteilung in Anwendungsbereiche dargestellt.

116

5 Ersatz geschädigten Betons

Tab. 5.1: Regelungen zur Zusammensetzung von Zementmörtel, PCC, SPCC und PC nach RL-SIB bzw. ZTV-ING Mörtel/Beton

Polymer

0

DIN EN 197-1, DIN 1164 oder allg. bauauf. Zulassung, CEM… 32,5

DIN 10452, DIN EN 206-1

DIN 1045-2, DIN EN 206-1

DIN EN 12 620 Größtkorn: 8 oder 16 mm

 400

 0,5

-

PCC

CEM I,

-

-

DIN 4226-1

SPCC

EN 197-1, DIN 1164

 10 M.-% bzg. auf Zement bei Prinzip R 1)

PC

-

-

-

DIN 4226-1, ofentrocken

EP2)

Zementmörtel

2)

Gesteinskörnung

Gehalt in kg/m³

Spritzbeton

1)

w/z

Typ Beton

5

Zement

Instandsetzungsprinzip R (Bild 1.3) andere Polymere sind nach RL-SIB grundsätzlich ebenfalls möglich

Beim Ersatz von geschädigtem Beton erfolgt die Unterscheidung zwischen einer lokalen und flächigen Schädigung. Ist das Betongefüge lokal strukturell geschädigt, was z. B. durch Abklopfen der Betonoberfläche mit einem Hammer bestimmbar ist, oder muss die Betonoberfläche aufgrund chemischer Veränderungen (z. B. Karbonatisierung, Chloridkontamination, Sulfate) entfernt werden, so müssen die Ausbruchstellen wieder mit geeignetem Material geschlossen werden. Darüber hinaus werden Instandsetzungsmörtel zur Erhöhung der Betondeckung eingesetzt. Tabelle 5.2 fasst zusammen, welches Material für den jeweiligen Bereich geeignet ist. Die mechanischen Eigenschaften der Instandsetzungsmörtel sind durch die Zusammensetzung und das Mischungsverfahren in einer breiten Bandbreite einstellbar. Somit kann anhand einer Angabe der mittleren Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und des E-Moduls keine Unterscheidung zwischen Beton, Spritzbeton, Zementmörtel, PCC und SPCC getroffen werden. Die Druckfestigkeit liegt im Mittel der handelsüblichen Systeme bei etwa 55 N/mm², die Biegzugfestigkeit beträgt etwa 10 N/mm² und der dynamische E-Modul schwankt zwischen 30 000 und 38 000 N/mm². Das Schwindmaß beträgt nach 90 Tagen im Raumklima etwa 0,55 bis 0,9 mm/m. Der PC weist hingegen eine deutliche höhere Biegezugfestigkeit (z. B. 20 N/mm²) und einen geringeren E-Modul (z. B. 19 000 N/mm²) auf. Eine detaillierte Darstellung der Eigenschaften der Instandsetzungsmörtel erfolgt in Abhängigkeit vom Material jeweils in den Abschnitten 5.3 (Beton und Spritzbeton), 5.4 (Zementmörtel), 5.5 (Kunststoffmodifizierte Mörtel) und 5.6 (Kunststoffmörtel).

117

5.2 Überblick

Tab. 5.2: Überblick über wesentliche Anwendungsgebiete von Beton, Spritzbeton, Zementmörtel, PCC, SPCC, PC Mörtel/Beton

Anwendungsbereich

Beton

Großflächige Instandsetzung, Mindestschichtdicke 50 mm, häufig bewehrte Vorsatzschalen, Instandsetzung von Böden und Betonstrassen

Spritzbeton

Großflächige Instandsetzung, Mindestschichtdicke 30–50 mm, häufig bewehrte Vorsatzschalen, Stützwände, keine waagerechten Oberseiten

Zementmörtel

Örtlich begrenzte Bereiche, beliebige Lage der Flächen, Mindestschichtdicke etwa 20 mm, Verfüllen mit Abschalung in Bereichen mit geringen Anforderungen an die Haftzugfestigkeit

PCC

Beliebige Flächengröße und -neigung, dynamisch beanspruchte Flächen, befahrbare Flächen unter Beschichtung, Brücken- und Deckenuntersichten, Mindestschichtdicke etwa 10 mm

SPCC

Beliebige Flächengröße, dynamisch beanspruchte Flächen, keine waagerechten Oberseiten, Brücken- und Deckenuntersichten, Stützen, Balken, Fassaden, Mindestschichtdicke etwa 10 mm

PC

Örtlich begrenzte Flächen, beliebige Neigung, geringe Schichtdicken ab 5 mm

Tabelle 5.3 fasst die stoffabhängigen Richtwerte für Schichtdicken von Instandsetzungsbetonen und -mörteln noch einmal zusammen. Begründet ist die kleinere Schichtdicke des PCC gegenüber dem reinen Zementmörtel in erster Linie mit der geringeren Nachbehandlungsempfindlichkeit des PCC. Weil der PC kein Wasser enthält und infolgedessen nicht austrocknen kann, sind hier noch kleinere Schichtdicken erlaubt. Tab. 5.3: Richtwerte für Schichtdicken bei großflächigem Auftrag ( 1 m2) von Instandsetzungsbetonen/-mörteln nach RL-SIB /DAfStb01/ Beton-/Mörtelart

Größtkorndurchmesser

Schichtdicke 1)

min

max.

mm Beton Spritzbeton

1)

8 bis 16 8

2)

30

-

16

50

-

Zementmörtel

4

20

40

SPCC

8

103)

504)

PCC

8

103)

504)

PC

8

5

40

mindestens 3facher Größtkorndurchmesser 50 mm bei dynamisch beanspruchten Bauteilen 3) bei Instandsetzungsprinzip R1: 20 mm 4) örtlich bis 100 mm 2)

50

5

118

5 Ersatz geschädigten Betons

Die nachfolgenden Bilder zeigen typische Anwendungsbereiche für die jeweiligen Instandsetzungsbetone/-mörtel. Bild 5.2 zeigt links eine Hausecke an der Beton abgeplatzt ist. Da es sich hier um eine kleine senkrechte Fläche handelt und gute Haftzugfestigkeiten zwischen Betonuntergrund und Instandsetzungsmörtel vorliegen sollten, ist in diesem Fall ein PCC besonders geeignet. Zudem bietet PCC mit Portlandzement (CEM I) nach RL-SIB bzw. ZTV-ING ein alkalisches Milieu, das den Bewehrungsstahl vor weiterer Korrosion schützt (mögliches Instandsetzungsprinzip R2, Bild 1.3). Für die Bodenplatte in Bild 5.2, rechts, sollte ebenfalls als Instandsetzungsmörtel ein PCC gewählt werden, da eine gute Haftung zum Untergrund erforderlich ist. Ein PC kann hier aufgrund der erforderlichen Schichtdicken nicht eingesetzt werden und SPCCs sind nicht auf waagerechten Flächen einzusetzen.

5

Bild 5.2: Beispiele für Anwendungsbereiche eines PCCs

Für die Instandsetzung der Brücke in Bild 5.3 ist ein PCC oder SPCC auszuwählen, da hohe Haftzugfestigkeiten zum Untergrund erforderlich sind. Für den Einsatz eines PCs wären die erforderlichen Schichtdicken zu groß. Da es sich um eine lokale Instandsetzung unter schwierigen Arbeitsbedingungen handelt, ist abzuwägen ob Spritzen (SPCC) gegenüber einem händischen Auftrag (PCC) wirtschaftlicher ist.

Bild 5.3: Beispiel für die Anwendung eines PCCs oder SPCCs

119

5.2 Überblick

In Bild 5.4 ist eine weitere Brücke dargestellt, bei der großflächige, senkrechte Flächen instand zusetzen sind. In diesem Falle sind spritzbare Mörtel oder Betone besonders wirtschaftlich. Ob ein Spritzbeton mit Größtkorn 8 mm oder ein SPCC eingesetzt wird, hängt von der minimal erforderlichen Schichtdicke ab. Diese sollte jedoch minimal 20 mm betragen, um das Instandsetzungsprinzip R1 (Bild 1.3) anwenden zu können.

5 Bild 5.4: Beispiel für die Anwendung eines Spritzbetons oder SPCC´s

Der in Bild 5.5 dargestellte Boden kann mit einem PC oder einem PCC instand gesetzt werden, da es sich um einen kleinflächigen Bereich mit geringer erforderlicher Schichtdicke handelt. Der Einsatz eines PCs hat den Vorteil der vergleichsweise schnellen Aushärtung.

Bild 5.5: Beispiel für die Anwendung eines PCs oder PCCs

120

5 Ersatz geschädigten Betons

Bei der Verarbeitung der Instandsetzungsmörtel sind die Umgebungsbedingungen zu beachten. Eine Zusammenfassung der erforderlichen Umgebungsbedingungen für die einzelnen Instandsetzungsmörtel ist in Tabelle 5.4 dargestellt. Auf die Verarbeitung und den Einsatz der Materialien am Bauteil wird in den jeweiligen Abschnitten 5.3 (Beton und Spritzbeton), 5.4 (Zementmörtel), 5.5 (Kunststoffmodifizierte Mörtel) und 5.6 (Kunststoffmörtel) ausführlicher eingegangen. Tab. 5.4: Gegenüberstellung der Umgebungsbedingungen für eine Instandsetzungsmaßnahme mit Beton, Spritzbeton, Zementmörtel, PCC, SPCC, PC Mörtel/Beton

Temperatur min/max

Witterung

Oberflächenzugfestigkeit*

-

°C

-

N/mm²

Beton

5/30

Kein Regen, Windstärke  3 Beaufort,

Mittelwert: 1,5

Spritzbeton

Austrocknung durch Sonne vermeiden

Zementmörtel

5

Vor Austrocknung schützen, feucht halten Zunächst vor Austrocknung schützen, feucht halten, danach Austrocknen ermöglichen

PCC SPCC

PC

Kleinster Einzelwert: 1,0

Nachbehandlung

8/40

Bauteiltemperatur > 3 K über Taupunkt, kein Regen oder Nebelnässe, kein Staub

Keine erforderlich

* Betonuntergrund

5.2.2 Generelle Anwendungsbereiche nach EN 1504-3 und RL-SIB 5.2.2.1 Anwendungsbereiche nach EN 1504-3 in Übereinstimmung mit EN V 1504-9 Mörtel und Betone werden ggf. mit anderen Produkten und Systemen angewendet, um die Nutzungsdauer eines geschädigten Betontragwerks zu verlängern, indem der ursprüngliche bauliche Zustand wieder hergestellt und/oder Beton ersetzt wird sowie Bewehrungen mit einem alkalischen Schutz versehen werden. Tabelle 5.5 beinhaltet die in EN 1504-3:2005 erfassten Anwendungsbereiche.

121

5.2 Überblick

Tab. 5.5: Anwendungsbereiche nach EN 1504-3 Prinzip Nr.

Prinzip und seine Definition

Auf diesem Prinzip basierende Methode

Prinzip 3 (CR: Concrete Restoration)

Betonersatz

3.1 Mörtelauftrag von Hand

Wiederherstellung eines Betontragwerks hinsichtlich seiner vorgesehen geometrischen Form und Funktion

3.2 Querschnittsergänzung durch Betonieren

Wiederherstellen der Eigenschaften des Betontragwerks durch teilweisen Betonersatz Prinzip 4 (SS: Structural Strengthening)

Verstärkung

Prinzip 7 (RP: Preserving or Restoring Passivity)

Erhalt oder Wiederherstellung der Passivität

Erhöhung oder Wiederherstellung der Tragfähigkeit eines Bauteils des Betontragwerks

3.3 Beton- oder Mörtelauftrag durch Spritzverarbeitung 4.4 Querschnittsergänzung mit Mörtel oder Beton

7.1 Erhöhung der Betondeckung mit zusätzlichem zementgebundenen Mörtel oder Beton 7.2 Ersatz von schadstoffhaltigem oder karbonatisiertem Beton

5.2.2.2 Beanspruchbarkeitsklassen nach RL-SIB Die Anwendungsbereiche nach RL-SIB ergeben sich aus den Beanspruchbarkeitsklassen (M 1, M 2 und M 3) sowie stoffspezifischen Materialeigenschaften, auf die in den nachfolgenden Abschnitten näher eingegangen wird. Tabelle 5.6 fasst die Beanspruchbarkeitsklassen zusammen. An einem Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 1 werden geringe Anforderungen gestellt, da er nur für kleinere Ausbesserungen ohne besondere Anforderungen eingesetzt wird. Im Wesentlichen muss er eine ausreichende Druckfestigkeit ( 10 MPa) aufweisen. Die Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 2 sind, je nach Stoffart und Konsistenz, für sehr unterschiedliche Anwendungsbereiche geeignet. Sie müssen gegenüber M 1-Mörtel Mindestwerte des Karbonatisierungswiderstandes einhalten. Eine einwandfreie Applikation und Aushärtung bei dynamischer Beanspruchung (z. B. aus Verkehr) muss gegeben sein. Die Mörtel PCC II und PC II müssen für die Anwendung an senkrechten Flächen und über Kopf geeignet sein (Bild 5.6). Ein Beispiel für PCC II ist auch im Bild 5.3 gegeben, während die Bilder 5.2 und 5.5 Beispiele für PC I und PCC I zeigen. An Betone und Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 3 werden zusätzlich zu den Anforderungen an die Betone und Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M 2 erhöhte Anforderungen bzgl. Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit gestellt. Im Gegensatz zu allen anderen Mörteln kann die mittragende Wirkung des M 3 im statischen Nachweis berücksichtigt werden. Dafür benötigte Kennwerte wie E-Modul, Kriechzahl, Schwinden und Verbundspannung zwischen Bewehrungsstahl und M 3 werden im Rahmen der Grundprüfung ermittelt.

5

122

5 Ersatz geschädigten Betons

Tab. 5.6: Beanspruchbarkeitsklassen nach RL-SIB /DAfStb01/

-

5 M2

zementgebunden

M3 1 2

x

x

-

PCC II

x

x

-

beliebig

SPCC

x

x

-

reaktionsPC II harzgebunden

-

x

-

beliebig

zementgebunden

PC I

-

x

-

örtlich begrenzt1

–

x

x

x

beliebig beliebig

im Verkehrsbereich < 1 m² zulässig im Hochbau auch direkt befahrbare Flächen

Fassaden

befahrbare Flächen unter waagerechte/ Belägen auf schwach geneiBrücken und gte Oberseiten in Parkhäusern beliebig beliebig Unterseiten, vertikale und stark geneigte Flächen

zementM2 gebunden

M2

PCC I

örtlich begrenzt

Anwendungsbeispiele

-

Lage der Auftragsfläche

-

maximale Flächengröße

statische Mitwirkung zulässig

Stoffbezeichnung -

dynamische Beanspruchung bei und nach Applikation zulässig

zementgebunden

Für Instandsetzungsprinzip R geeignet

M1

Stofftyp

Beanspruchbarkeitsklasse

Anwendungsbereich

waagerechte/ schwach geneigte Oberseiten

Brückenuntersichten, Stützwände, Widerlager, Fassaden

befahrbare Flächen unter Belägen auf Brücken und in Parkhäusern Stützen, Platten 2, Balken

5.2 Überblick

123

5 Bild 5.6: Anwendungsbereiche für kunststoffmodifizierte Mörtel bzw. Betone am Beispiel einer Hohlkastenbrücke

5.2.3 Anforderungen nach EN 1504-3 und RL-SIB 5.2.3.1 Anforderungen nach EN 1504-3 Je nach Instandsetzungsprinzip und eingesetztem Instandsetzungsverfahren sind nach EN 1504-3:2005 bestimmte Eigenschaften anhand von genormten Prüfverfahren zu untersuchen. Die Liste der zu untersuchenden Eigenschaften kann sich mit dem Erscheinen der deutschen Restnorm DIN V 18 027 noch erweitern. Tabelle 5.6 gibt eine Übersicht über die zu prüfenden Eigenschaften. Die Prüfverfahren werden in Kapitel 9 detailliert beschrieben. Die untersuchten Eigenschaften müssen die in der EN 1504-3:2005 aufgeführten Anforderungen erfüllen. Bei der Formulierung der Anforderungen wird zwischen Anforderungen zur Identifikation des Produktes oder Systems und Anforderungen zur Gebrauchstauglichkeit für statisch und nicht statisch relevante Instandsetzungsprodukte unterschieden. Inwiefern die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit zu erfüllen sind, hängt vom Instandsetzungsprinzip und -verfahren ab (Tabelle 5.7). Tabelle 11.1 im Anhang gibt die Anforderungen an die Identifikation von Instandsetungsmörteln mit den erforderlichen Prüfungen und zulässigen Abweichungen an. Die vom Hersteller durchzuführenden Prüfungen zur Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit der Instandsetzungsmörtel sind in Tabelle 11.2 im Anhang zusammengefasst. Die Restnorm DIN V 18 027 zur EN 1504-3:2005 wird zum Zeitpunkt der Drucklegung des Buches noch diskutiert (näheres kann Abschnitt 1.4.5 entnommen werden).

124

5 Ersatz geschädigten Betons

Tab. 5.7: Gebrauchstauglichkeitsmerkmale von Instandsetzungsmörteln nach EN 1504-3 Instandsetzungsprinzip 3

Gebrauchstauglichkeitsmerkmale

4

7

Instandsetzungsverfahren

Druckfestigkeit b

Chloridionengehalt Haftvermögen

c

Behindertes Schwinden/Quellen Dauerhaftigkeit

a) Karbonatisierungswiderstandb, d

3.1, 3.2

3.3a

4.4

7.1, 7.2

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

„

Dauerhaftigkeit

5

b) Wärmeverträglichkeit Teil 1 o. Teil 2 o. Teil 4 von EN 13 687e Elastizitätsmodul Griffigkeit

„

f

Wärmeausdehnungskoeffizientc, g Kapillare Wasseraufnahme (Wasserdurchlässigkeit)e, h Instandsetzungsverfahren nach EN V 1504-9:1997 3.1 Betonersatz durch Mörtelauftrag von Hand 3.2 Betonersatz mittels Querschnittsergänzung durch Betonieren 3.3 Betonersatz mittels Beton- oder Mörtelauftrag durch Spritzverarbeitung 4.4 Verstärkung mit Mörtel oder Beton 7.1 Erhöhung der Bewehrungsüberdeckung mit zusätzlichem zementgebundenem Mörtel oder Beton 7.2 Ersatz von schadstoffhaltigem oder karbonatisiertem Beton „ Für sämtliche vorgesehenen Verwendungszwecke Für bestimmte vorgesehene Verwendungszwecke a In Abhängigkeit vom Anwendungsverfahren können möglicherweise einige Prüfverfahren modifiziert werden, siehe EN 14 487-1. b Diese Anforderung ist für die Instandsetzung von nicht bewehrtem Beton nicht relevant. c Falls eine Temperaturwechselbeanspruchung durchgeführt wurde, ist diese Prüfung nicht zusätzlich erforderlich. d Nicht erforderlich, wenn das Instandsetzungssystem ein Oberflächenschutzsystem einschließlich eines bewährten Schutzes gegen Karbonatisierung umfasst oder ein PC Mörtel ist (siehe EN 15042). e In Abhängigkeit von den Beanspruchungen der Umgebungsbedingungen. f g Nur für Verkehrsflächen. Nur für PC. h Der Korrosionswiderstand wird durch die Anforderungen an den Chloridgehalt und die Wasserdurchlässigkeit des Produkts abgedeckt.

5.3 Beton und Spritzbeton

125

5.2.3.2 Anforderungen nach RL-SIB Da die Restnorm DIN V 18 027 für den Bereich der Instandsetzungsmörtel noch in Bearbeitung ist, steht zurzeit noch nicht fest, wie Mörtel mit CE-Zeichen zukünftig in Deutschland verwendet werden. Mörtel mit noch gültigen allgemeinen bauaufsichtlichen Prüfzeugnissen (abP) auf Basis der RL-SIB können solange sie gültig sind weiter verwendet werden. Diesen Stoffen liegen die bisher gültigen Anforderungen nach RL-SIB /DAfStb01/ zugrunde. In Tabelle 11.3 im Anhang sind die Anforderungen an die Stoffe für die Beanspruchbarkeitsklassen M 1, M 2 (PCC) und M 3 nach RL-SIB zusammengefasst. Tabelle 11.4 im Anhang beinhaltet die Anforderungen an die Stoffe für die Beanspruchbarkeitsklasse M 2 (SPCC) nach RL-SIB, während Tabelle 11.5 Anforderungen an die Stoffe für die Beanspruchbarkeitsklasse M 2 (PC) nach RL-SIB zusammenfasst.

5.3 Beton und Spritzbeton 5.3.1 Zusammensetzung Die Betonzusammensetzung und die Wahl der Ausgangsstoffe müssen den Anforderungen der Normreihe DIN EN 206-1 und DIN 1045 genügen. Es ist Zement nach DIN EN 197-1, nach DIN 1164 oder Zement mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu verwenden. Weiterhin müssen die Expositionsbedingungen des instand zu setzenden Bauteils und die Art der äußeren Einwirkungen beachtet werden. Die Umgebungsbedingungen ergeben sich u. a. aus Temperatur und Niederschlag, während rückwärtiger Wasserdruck und chemische Belastung beispielsweise äußere Einwirkungen darstellen. Das Größtkorn von Betonen oder Spritzbetonen in der Instandsetzung beträgt üblicherweise 8 mm oder 16 mm. Des Weiteren werden Zusatzmittel und Zusatzstoffe eingesetzt. Für Spritzbeton galten die Angaben nach DIN 18 551:2005-01. Mit dem Erscheinen der DIN EN 14 487-1:03.2006 und DIN EN 14 487-2:01.2007 ist eine Überführung der europäischen Norm in eine nationale Norm notwendig. Die nationalen Anwendungsregeln zur Reihe DIN EN 14 487 und Regeln für die Bemessung von Spritzbetonkonstruktionen liegen derzeit als Entwurf der DIN 18 551:11.2007 vor. Die Prüfverfahren für Spritzbeton sind in der DIN EN 14 488-1 bis -7 geregelt.

5.3.2 Eigenschaften Die Eigenschaften des Betons sind u. a. in /Wes93/ beschrieben. Bei entsprechender Materialauslegung erzielt Spritzbeton mit herkömmlichen Betonen vergleichbare Materialeigenschaften.

5.3.3 Anwendungsbereiche Aus einem Größtkorn von 8 oder 16 mm ergibt sich, bei einer Schichtdicke von mindestens dem dreifachen Größtkorndurchmesser, eine Dicke der Schicht von mindestens 30 bzw. 50 mm. Betone werden somit i. d. R. für großflächige Instandsetzungsmaßnahmen, wie z. B.

5

126

5 Ersatz geschädigten Betons

Bild 5.7: Betonersatz auf einer Autobahnbrücke. Links: Einbringen des Betons. Rechts: Glätten und Nachbehandeln des Betons

Schleusen-, Brücken- und Tunnelbauwerke, eingesetzt. Bild 5.7 zeigt eine lokale Brückeninstandsetzung mit Beton.

5

Je nach Ziel der Maßnahme und Schichtdicke kann eine Bewehrung in die Schichten eingelegt oder es können Fasern (hier sind im wesentlichen Stahl- oder Kunststofffasern zu nennen) verwendet werden. Mittels Stahlfasern wird neben der Zugfestigkeit die Duktilität erhöht /DBV92/, während Polypropylenfasern die Brandbeständigkeit des Betons verbessern. Zur Verteilung von Schwindrissen und zur Rissbreitenbeschränkung muss ab einer Dicke des Spritzbetons von 5 cm konstruktiv eine Bewehrung zugelegt werden /Han05/. Konventionelle Mattenbewehrung aus Betonstahl bedarf aus Korrosionsschutzgründen nach entsprechender Expositionsklasse einer Betondeckung. Ein großes Materialeinsparpotential liegt im Ersatz von Mattenbewehrungen aus Glas- bzw. Carbonfasern, Fasertextilen oder Edelstahl. Dies wird jedoch in der Praxis zurzeit noch nicht ausgereizt. Ein vergleichsweise großes Einsatzgebiet für Instandsetzungsmaßnahmen mit Beton bzw. Spritzbeton existiert im Wasserbau. Im Geschäftsbereich der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) werden Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen an Betonbauteilen von Wasserbauwerken auf Basis der ZTV-W LB 219 /ZTV219/ durchgeführt. Häufig weisen besonders ältere Wasserbauwerke aus Beton geringe Festigkeiten und einen niedrigen EModul auf, dann sind die mechanischen Eigenschaften des Instandsetzungssystems auf den Untergrund anzupassen. Die ZTV-W LB 219 /ZTV219/ definiert vier Altbetonklassen mit abgestuften Grenzwerten für Druck- und Oberflächenzugfestigkeiten. Mögliche Spritzmörtel für die Altbetone A2 und A3 werden inzwischen hinsichtlich einer Zulassung geprüft /Küh06/. Dazu werden die Spritzmörtel auf Betonplatten mit für die Altbetonklassen A2 und A3 typischen Eigenschaften appliziert und hinsichtlich thermischer Verträglichkeit, Frost- und Tausalzbeständigkeit sowie den üblichen Eigenschaften nach RL-SIB (Biegezug- und Druckfestigkeit, E-Modul, Schwinden, Quellen, Karbonatisierungs- und Chlorideindringwiderstand, etc.) untersucht. Tabelle 5.9 zeigt eine Übersicht über für den Wasserbau gemäß ZTV-W LB 219 zugelassene Spritzmörtel. Der Einsatz von Spritzbeton ist nicht auf waagerechten und gering gegen die Waagerechte geneigten Flächen möglich, da der Rückprall aufgrund der Erdanziehungskraft in die gespritzten Flächen zurückfällt. Neuerdings wird jedoch an speziellen Systemen gearbeitet, bei denen der Rückprall aufgefangen wird. Da der Einsatz von Betonen eine zusätzliche Schalung erfordert, werden für Vorsatzschalen und Querschnittsvergrößerungen, z. B. bei Stützen, häufig Spritzbetone eingesetzt.

5.3 Beton und Spritzbeton

127

5.3.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Die Verstärkung von Stahlbetonbauteilen kann nur über einen ausreichenden Verbund zwischen Untergrund und Ortbeton bzw. Spritzbeton sichergestellt werden. Dies setzt einen rauen und tragfähigen Betonuntergrund voraus. Die RL-SIB /DAfStb01/ fordert für Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen mit Mörtel und Beton eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit des Untergrundes von 1,5 N/mm² mit einem kleinsten Einzelwert von 1 N/mm². Diese Werte können bei Wasserbauwerken häufig nicht eingehalten werden, woraus resultiert, dass in der ZTVW LB 219 die bereits genannten Altbetonklassen definiert wurden, an denen die Eigenschaften des unverankerten, unbewehrten Spritzbetons/Spritzmörtels anzupassen sind (siehe Tabelle 3.1). Ist dies nicht möglich oder sind Schichtdicken  90 mm gefordert, werden im Wasserbau verankerte und bewehrte Vorsatzschalen errichtet. Bild 5.8 zeigt einen Regelquerschnitt für eine verankerte, bewehrte Spritzbetonschale im Wasserbau nach ZTV-W LB 219.

5

Bild 5.8: Verankerte bewehrte Spritzbetonschale nach ZTV-W LB 219: Regelquerschnitt Spritzbetonauftrag  90 mm; Expositionsklassen: XC 4, XF 3, XA 1, XM 1, XW 2, XRD /Kub06/

Spritzbeton kann, wie in Abschnitt 4.7.2 erläutert, im Trocken- oder Nassspritzverfahren an der Baustelle verarbeitet werden. Vor dem Spritzbetonauftrag muss der Betonuntergrund vorgenässt werden, damit dem Spritzbeton das für die Hydratation erforderliche Wasser nicht entzogen wird. Die Oberfläche muss staubfrei und mattfeucht sein. Die Qualität der Spritzbe-

128

5

5 Ersatz geschädigten Betons

tonschicht wird maßgeblich durch den Düsenführer beeinflusst. Somit fordern deutsche Richtlinien wie die ZTV-ING, RL-SIB den Einsatz erfahrener Düsenführer mit Düsenführerschein. Beim Spritzen soll die Düse in einem Abstand zwischen 0,50 und 1,50 m gehalten werden. Beim Einspritzen von Bewehrung ist ein geringerer Abstand und ein senkrechtes Auftreffen des Spritzstrahls sinnvoll, um Spritzschatten hinter der Bewehrung zu vermeiden und den Stahl zu umhüllen (siehe Bild 4.33, Abschnitt 4.7.2). Der Spritzbeton wird in einer oder mehreren Lagen aufgetragen, bis die geforderte Auftragsdicke erreicht ist. Wird in mehreren Lagen gespritzt, so ist ein einwandfreier Verbund zwischen den Lagen, z. B. durch Abwaschen der jeweiligen Oberfläche mit Druckwasser, sicherzustellen. Die Oberfläche muss in der Regel spritzrau belassen werden, da bei ihrer Bearbeitung im plastischen Zustand Gefügestörungen auftreten. Wird eine glatte Oberfläche gefordert, so ist in einem getrennten Arbeitsgang Mörtel aufzubringen und entsprechend zu bearbeiten. Hierzu sind die Angaben zur Ausführung aus der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung für das jeweilige Produkt zu beachten. Hinsichtlich der Untergrund- und Verarbeitungstemperaturen gilt DIN 1045-3:2001. Eine ausreichende Nachbehandlung von Spritzbeton ist von größter Bedeutung, da bei den relativ dünnen Spritzbetonschichten zusätzlich zu den klimatischen Bedingungen mehrere, das Schwinden fördernde Faktoren zusammen kommen: Durch den trockenen Altbeton kann dem Spritzbeton Wasser entzogen werden und die schwindfähige Masse ist durch die Zementanreicherung in der Verbundzone hoch /Han05/. Eine unzureichende Feuchtezufuhr kann die Bildung ausgeprägter Schwindrisse und ein Ablösen der Spritzbetonschale vom Untergrund zur Folge haben. Erschütterungen während der Erhärtungsphase sind zu vermeiden, da sie zu Verbundstörungen bis hin zum Herabfallen des frischen Spritzbetons führen können.

5.4 Zementmörtel Reiner Zementmörtel muss aus Zement hergestellt werden, der DIN EN 197-1 oder DIN 1164 entspricht oder bauaufsichtlich zugelassen ist und dessen Festigkeit mindestens der Klasse 32,5 entspricht. Der Zementgehalt muss mindestens 400 kg pro m³ verdichteten Mörtels betragen. Der Wasserzementwert darf 0,50 nicht überschreiten /DAfStb01/. Üblicherweise wird Trockenmörtel, der werksmäßig hergestellt und lagerungsfähig verpackt wird, verwendet. Für das Mischen, Verpacken, Liefern und Lagern der Trockenkomponente gilt die DAfStb-Richtlinie „Herstellung und Verwendung von Trockenbeton und Trockenmörtel“. Der Trockenmörtel setzt sich aus Zement, trockener Gesteinskörnung und Zusatzstoffen sowie ggf. Zusatzmitteln zusammen. Das Größtkorn der Gesteinskörnung, im Wesentlichen Sand aus natürlichem Gestein, beträgt maximal 4 mm. Die Eigenschaften der Zementmörtel sind im Abschnitt 5.5, in dem Zementmörtel jeweils mit polymermodifizierten Mörteln PCC verglichen werden, dargestellt. Der Zementmörtel ist verglichen mit polymermodifizierten Mörteln kostengünstiger, jedoch in der Verarbeitung schwieriger. Er wird nach RL-SIB in der Beanspruchungsklasse M 1, örtlich begrenzt, eingesetzt. Die empfohlene Schichtdicke liegt zwischen 20 und 40 mm. Aufgrund der im Vergleich zum PCC i. d. R. schlechteren Haftung auf dem Beton, werden reine Zementmörtel kaum an vertikalen Flächen oder über Kopf eingesetzt, sondern zum Verfüllen abgeschalter Bereiche oder Aufmörtelungen von waagerechten Betonoberflächen mit geringer Beanspruchung. Bei der Verarbeitung ist darauf zu achten, dass der Zementmörtel eine ausreichende Konsistenz aufweist, vollflächig eingebracht und verdichtet wird, um Hohllagen zu vermeiden. Damit dem Zementmörtel nach dem Aufbringen kein bzw. nur geringfügig Wasser entzogen wird,

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC

129

sollte der Untergrund feucht sein. Des Weiteren ist durch ein Abdecken des instandgesetzten Bereiches mit Folie der Mörtel vor Austrocknung bzw. Verwässerung durch Niederschlag zu schützen. Die Temperatur des Betonuntergrundes und der unmittelbar überlagernden Luftschicht sollte zwischen 5 und 30 °C liegen (siehe Abschnitt 3.4.4)

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC 5.5.1 Zusammensetzung Bei SPCC und PCC werden Zementmörtel i. d. R. mit Polymerdispersionen oder Dispersionspulver modifiziert. Dabei ist Zement das Hauptbindemittel. Für die Zusammensetzung sind die Grundanforderungen von DIN 1045 einzuhalten. Es sollten Zemente CEM I nach DIN EN 197-1 oder DIN 1164 verwendet werden (nach RL-SIB ist dies für die Beanspruchungsklassen M 2 und M 3 ein Muss). Neben Zement enthält der Werktrockenmörtel immer Gesteinskörnung nach DIN 4226-1, der erhöhte Anforderungen an den Widerstand gegen Frost und Taumittel sowie quellfähige Bestandteile erfüllt, und ggf. Zusatzstoffe sowie -mittel in Pulverform. Das Verhältnis von Zement zu Sand beträgt üblicherweise etwa 1 : 4. Der Polymeranteil handelsüblicher polymermodifizierter Mörtel liegt zwischen nahezu 0 und 4 M.-% bezogen auf die Trockenmörtelmasse. Untersuchungen ergaben, dass bei der überwiegenden Mehrzahl Kunststoff/Zement(k/z)-Werte im Bereich 0,05 bis 0,10 zu erwarten sind /Sas94/. Für SPCC und PCC werden fast ausschließlich thermoplastische Kunststoffe verwendet. Gebräuchlich sind • Acrylate, • Styrol-Acrylat-Copolymere, • Styrol-Butadien-Copolymere, • Vinylacetat-Co- und -Terpolymere • Vinylidenchlorid-Copolymere und • Vinylpropionat-Copolymere Die Dispersionen bzw. Dispersionspulver haben folgende Eigenschaften: • Eine ausreichende chemische Beständigkeit (verseifungsstabil) im alkalischem Milieu, • keine Koagulation beim Anrühren des Mörtels, • keine wesentliche Beeinflussung der Zementhydratation, • keine wasserlöslichen Chloride (Schutz des Stahls vor Korrosion), • keine Reemulgierung bei späterer Wasserbelastung. Die bereits im Abschnitt 4.7.3 beschriebene Filmbildung der Dispersionen verursacht eine zusätzliche Bindemittelwirkung. Als wesentlich für diesen Effekt im PCC-System gilt, dass die Voraussetzung zur Filmbildung gegeben sein muss. Die Filmbildung erfolgt nur optimal, wenn die Filmbildungstemperatur nicht unterschritten wird und eine Austrocknung möglich ist. Eine unzureichende Filmbildung hat zur Folge, dass das Polymer keinen Verbund mit dem Zementstein und der Gesteinskörnung eingeht. In diesem Fall findet zwischen den Polymerpartikeln

5

130

5

5 Ersatz geschädigten Betons

keine nennenswerte Kraftübertragung statt. Die Polymerpartikel sind dann lediglich organische Füllstoffe mit niedrigem E-Modul, die die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflussen können. „Filme“ aus thermoplastischen Makromolekülen treten ab einem Polymergehalt von etwa 5 M.-% der Zementmenge in größeren zusammenhängenden Bereichen auf. Man spricht von einer polymeren Sekundärmatrix. Die gebildeten Filme übertreffen die Zugfestigkeit des Zementsteins wesentlich und zeigen eine gute Adhäsion zum Zementstein sowie zur Gesteinskörnung. Auf der Baustelle werden die Ausgangsstoffe für PCC entweder in zwei Komponenten (WerkTrockenmörtel und Polymerdispersion) oder einkomponentig (Werktrockenmörtel) geliefert. Der Trend geht eindeutig in Richtung einkomponentiger Mörtel, bei denen das Polymer als Pulver bereits werksmäßig der Trockenkomponente beigemischt ist. Für SPCC werden ebenfalls meistens Dispersionspulver verwendet. Die Herstellung von Dispersionspulver erfolgt anhand von Sprühtrocknung (siehe Abschnitt 4.5.2). Bei mit Epoxidharzemulsion modifizierten Mörteln (ECC) verläuft die Festkörperbildung anders als bei den thermoplastischen Dispersionen. Die Reaktionen im ECC zwischen Harz und Härter verlaufen etwa zeitgleich mit der Bildung der Calciumsilicathydrate des Zementsteins. Epoxidharzemulsionen werden jedoch nur selten für PCC und SPCC verwendet.

5.5.2 Eigenschaften 5.5.2.1 Frischmörteleigenschaften Trotz zahlreicher Einflussgrößen auf die Eigenschaften von PCC und SPCC lassen sich in Bezug auf die Eigenschaftsbeeinflussungen einige allgemeingültige Gesetzmäßigkeiten angeben: • Konsistenz In Abhängigkeit von der Art und der Menge des Polymers wirken Polymerdispersionen i. d. R. verflüssigend. Teilweise kann durch die Verflüssigung der w/z-Wert gesenkt werden. Bild 5.9 verdeutlicht die verflüssigende Wirkung einer Styrol-Acrylat-Dispersion in einem Normmörtel nach DIN EN 196-1 anhand des Ausbreitmaßes. Verglichen wurde dabei die Wirkung der Polymerdispersion mit der von Wasser. Hierzu wurde das Zementleimvolumen des Normalmörtels teilweise durch Polymer A ersetzt. Die an dieser Mischung erzielten Ausbreitmaße wurden denjenigen gegenübergestellt, die an Mischungen erzielt wurden, bei denen das Polymer A durch Wasser ersetzt worden war. Dabei entsprechen 10 % Polymer vom Bindemittelleimvolumen bei einem w/z-Wert von 0,50 einem Polymeranteil von rund 10 M.-% bezogen auf den Zement. Die Styrol-Acrylat-Dispersion wirkt somit deutlich stärker verflüssigend als Wasser.

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC

131

5 Bild 5.9: Einfluss des Polymeranteils am Bindemittelleimvolumen auf das Ausbreitmaß (a15: Ausbreitmaß nach 15 Hubschlägen, DIN 18 555) /Schi96a/

Insbesondere Polyacrylatdispersionen wirken durch deren Carboxylatgruppen verflüssigend. Mit steigender Zugabe erhöht sich der Effekt. Styrolcopolymerisate hingegen verflüssigen nur in geringem Umfang /Ett98/. • Wasserrückhaltevermögen, Bluten Der kolloidale Charakter der Kunststoffdispersionen und die enthaltenen Schutzkolloide erhöhen das Wasserrückhaltevermögen in der Erhärtungsphase bzw. reduzieren die Entmischungsneigung (Bluten). • Luftporenanteil Die in den Dispersionen enthaltenen Emulgatoren und Schutzkolloide führen beim Mischprozess zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Luftporenbildung. Diese kann durch Entschäumer reduziert werden. Das Mischverfahren sowie die Dispersionsart und –menge beeinflussen den Luftporengehalt. Tabelle 5.8 gibt einen Überblick über die Frischmörteleigenschaften eines polymermodifizierten Mörtels. Der verwendete Mörtel wurde nach DIN EN 196-1 zusammengesetzt (450 g Zement CEM I 42,5 R, 225 g Wasser, 1350 g Normsand (0-2 mm)). Der Wasseranteil der Dispersion wurde dem Wasseranteil des Mörtels zugerechnet, d. h. mit den Angaben des Polymeranteils sind Polymer-Feststoff-Anteile am Bindemittelleimvolumen (675 g) gemeint.

132

5 Ersatz geschädigten Betons

Tab. 5.8: Frischmörteleigenschaften polymermodifizierter Mörtel (w/z-Wert: 0,5) /Sas96/ Polymerart

Polymeranteil am Bindemittelleim

Ausbreitmaß

Frischmörtelrohdichte

Luftgehalt

-

Vol.-%

cm

kg/dm³

Vol.-%

0

0

14,1

2,24

4,0

Acrylat

5*

15,8

2,20

6,2

10

20,8

2,23

3,5

5

16,6

2,16

6,8

10

20,6

2,23

2,8

Styrol-Acrylat

StyrolButadien VinylacetatEthylen

5

5

16,8

2,20

5,2

10

21,2

2,22

3,2

5

16,8

2,05

11,6

10

15,9

2,06

10,7

* w/z-Wert 0,4

• Frischmörtelhaftung Ein mineralischer Untergrund weist leicht bewegliche, mehrwertige Kationen auf. Durch die Zugabe anionischer Polymerdispersionen wird somit die Haftung des Frischmörtels auf dem Untergrund gegenüber reinem Zementmörtel verbessert. • Einfluss auf die Hydratation Hilfsstoffe bzw. die Polymerdispersion selbst können die Zementhydratation verzögern oder reduzieren. Allerdings wirkt das verbesserte Wasserrückhaltevermögen diesem Effekt entgegen.

5.5.2.2 Festmörteleigenschaften • Druck- und Zugfestigkeit, E-Modul Bild 5.10 gibt einen Überblick über die Veränderung von Druck- sowie Zugfestigkeiten und EModul mit zunehmendem Polymeranteil. Polymerdispersionen im Zementmörtel tragen im Allgemeinen nicht zur Erhöhung der Druckfestigkeit bei. Aufgrund des geringen E-Moduls des Polymers sinkt die Druckfestigkeit mit zunehmendem Polymergehalt. Nur durch Nutzung der verflüssigenden Wirkung der Dispersion mit entsprechender Reduzierung des w/z-Wertes kann eine Druckfestigkeitssteigerung erzielt werden. Auf Zug belastete Mörtel und Betone bilden bei äußerer Belastung Mikrorisse aus, die vorwiegend an der Grenzfläche Zementstein/Gesteinskörnung entstehen. Mit den Polymerfilmen ist im Gefüge ein Bindemittel vorhanden, das zur Rissöffnung eine zusätzliche Energie benötigt. Dies trägt trotz des geringen E-Moduls des Polymerfilms zur Erhöhung der Zug- und Biegezugfestigkeit von polymermodifizierten Mörteln bei. Die bei Trockenlagerung auftretenden Steigerungen bei der Zug- und Biegezugfestigkeit werden bei Wasserlagerung durch die Wirkung der Emulgatoren und Schutzkolloide reduziert.

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC

133

5 Bild 5.10: Typisches Eigenschaftsprofil von PCC mit gemeinschaftlicher Bindemittelwirkung von Zementstein und Polymer in Abhängigkeit vom Polymergehalt /Ett98/ Druckfestigkeit E-Modul

Bild 5.11 zeigt exemplarisch an einem Normmörtel nach DIN EN 196-1 den Einfluss einer Styrol-Acrylat-Dispersion im Vergleich zu Wasser bzw. Zement auf die Biegezugfestigkeit. Mit zunehmendem Polymeranteil am Bindemittelvolumen steigt die Biegezugfestigkeit stärker an als wenn die entsprechende Menge mehr an Zement zugegeben würde. Dabei entsprechen 10 % Polymer vom Bindemittelleimvolumen bei einem w/z-Wert von 0,50 einem Polymeranteil von rund 10 M.-% bezogen auf den Zement. Die Ausprägung der Steigerung der Zug- und Biegezufestigkeit wird maßgeblich durch die Nachbehandlung bestimmt. Da der Zement hohe Feuchtigkeiten zur Hydratation benötigt, während Dispersionen zur Filmbildung abtrocknen müssen, ist eine Kombination aus Feuchtund Trockenlagerung optimal. Mit dem Anstieg der Zugfestigkeit durch den Polymerfilm werden auch höhere Bruchdehnungen erreicht. Dieser Effekt ist bei geringen Polymeranteilen (< 5 % Polymer bzg. auf Zement) nur sehr schwach ausgeprägt. Damit im Zusammenhang steht die Reduzierung des E-Moduls mit zunehmendem Polymeranteil.

134

5 Ersatz geschädigten Betons

5

Bild 5.11: Wirksamkeit des Polymers hinsichtlich Biegezugfestigkeit im Vergleich zu Zement und Wasser. Prüfalter 28 d, Lagerung: 1 d feucht, 13 d Wasser, 11 d Klima 23 °C / 50 % relative Luftfeuchte und 3 d Wasser /Schi96a/

• Haftzugfestigkeit Die Adhäsion zementgebundener Instandsetzungsmörtel zum Betonuntergrund wird in der Regel durch den Zusatz geeigneter Polymere verbessert. Dies ist ein wesentlicher Grund für den weit verbreiteten Einsatz von PCC. Besonders schwierige Verhältnisse liegen vor, wenn der Instandsetzungsmörtel über Kopf auf einen Untergrund aufgebracht werden muss, der schwingend belastet ist, wie z. B. bei einer Brücke unter Verkehr. Häufig bietet die Anwendung einer auf das Gesamtsystem abgestimmten Haftbrücke eine höhere Haftzugfestigkeit und verbesserte Dauerhaftigkeit bei mechanischer, thermischer, hygrischer und chemischer Beanspruchung. Untersuchungen zur Haftzugfestigkeit an Instandsetzungssystemen nach 20jähriger Freibewitterung im Rhein-Main-Gebiet zeigen, dass eine Haftbrücke, in die der Mörtel „frisch in frisch“ eingebracht wird, das Verbundverhalten deutlich verbessert. Dabei sollten Haftbrücke, Mörtel und Feinspachtel auf gleicher Wirkstoffbasis aufgebaut sein /Bre07/ (siehe auch Abschnitt 5.7). Eine wesentliche Rolle übernimmt jedoch auch die Geometrie des instand zu setzenden Bereiches: Werden die Begrenzungsränder der instand zu setzenden Bereiche unter einer Neigung (ca. 45°) ausgebildet, lässt sich der Instandsetzungsmörtel mit deutlich weniger Fehlstellen und

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC

135

besserem Verbund einbauen als bei rechtwinkliger Ausführung /Bre07/. Zusätzlich beeinflusst die Applikationstechnik den Verbund zum Altbeton. Im Allgemeinen sollte die mittlere Haftzugfestigkeit  2 N/mm² sein, um ein Versagen im Instandsetzungsbereich auszuschließen. Bild 5.12 zeigt einen Vergleich der Haftzugfestigkeiten von PCCs nach 28tägiger Lagerung bei 23 °C und 50 % relativer Feuchte sowie nach 50 Zyklen Frost-Tausalz-Beanspruchung (2 h in Kochsalzlösung bei -15 ± 2 °C und 2 im Wasserbad bei 20 ± 2 °C). Anhand Bild 5.12 ist erkennbar, dass die Haftzugfestigkeit infolge FrostTausalzbeanspruchung teilweise unverändert blieb, teilweise verbessert und teilweise verschlechtert wurde. Tendenziell führte die Frost-Tausalz-Beanspruchung bei höheren Ausgangs-Haftzugfestigkeiten zu einer Verbundverschlechterung. Es wird deutlich, dass die Haftzugfestigkeiten zwischen 2,0 und 3,5 N/mm² liegen.

5

Bild 5.12: Haftzugfestigkeit von Instandsetzungsmörteln nach Frost-Tausalz-Beanspruchung bzw. Lagerung im Normklima

• Kapillarer Flüssigkeitstransport Der Einfluss von Polymerdispersionen im Zementmörtel hinsichtlich kapillarer Transportvorgänge von Flüssigkeiten hängt wesentlich vom Polymergehalt ab. Die Polymerdispersionen erzeugen keine Sperrschicht, aber es kann zu einer Reduktion der Wasseraufnahme kommen. Insbesondere hydrophobe Polymere können naturgemäß den Wassertransport herabsetzen. • Karbonatisierungsverhalten Das Karbonatisierungsverhalten handelsüblicher Mörtel streut entsprechend Bild 5.13 in einem weiten Bereich. Es ist jedoch offensichtlich, dass PCC ebenso wie Zementmörtel CC der CO2Diffusion nur bedingt Widerstand entgegensetzt. Der Einsatz von PCC mit dem Ziel, den Stahlbeton durch einen alkalischen Mörtel zu schützen (Instandsetzungsprinzipien R1 und R2, Bild 1.3), erfordert somit die Kenntnis des CO2-Diffusionskoeffizienten, um die Dauerhaftigkeit der Instandsetzungsmaßnahme hinsichtlich Repassivierung abzuschätzen.

136

5 Ersatz geschädigten Betons

5 Bild 5.13: Karbonatisierungstiefe handelsüblicher Instandsetzungsmörtel (PCC, CC) nach einjähriger Luftlagerung bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte /Sas94/

• Schwinden und Kriechen Bei den Schwindverformungen polymermodifizierter Mörtel treffen die bekannten Gesetzmäßigkeiten der zementgebundenen Baustoffe zu. Im Zusammenhang mit dem Wasserrückhaltevermögen schwinden polymermodifizierte Zementmörtel in der kritischen frühen Erhärtungsphase in der Regel weniger. Aufgrund des geringeren E-Moduls der PCC sind die Kriechverformungen tendenziell höher. Es stellt sich jedoch ein definierbares Endkriechmaß ein /Sas94/. Bild 5.14 zeigt den Verlauf reiner Kriechdehnungen für drei Mörteltypen. Als Referenz wurde ein Mörtel nach DIN EN 196-1 mit einem w/z-Wert von 0,4 gewählt. Dem Mörtel wurde eine Styrol-Acrylat-Dispersion (9 % Polymerfeststoff bzg. auf den Zement) zugegeben. Als dritte Variante wurde ein Vinylacetat-Ethylen modifizierter Mörtel (12 % Polymerfeststoff bzg. auf den Zement) untersucht. Die hergestellten Mörtelzylinder (h = 150 mm, Ø = 50 mm) wurden nach 28 Tagen Feuchtlagerung mit ein Drittel der Kurzzeitdruckfestigkeit belastet. Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass die Kriechdehnungen der polymermodifizierten Mörtel ähnlich groß sind und diejenigen des unmodifizierten Mörtels signifikant überschreiten.

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC

137

5

Bild 5.14: Kriechdehnungen von CC und PCC (SAy: Styrol-Acrylat-Dispersion, VAE: Vinylacetat-Ethylen)

• Wärmeausdehnungskoeffizient Die Temperaturdehnung von PCC wird vorrangig von den Komponenten Zementstein und Gesteinskörnung bestimmt. Die Polymerfilme erhöhen den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der PCC-Systeme nur geringfügig; Werte  14 · 10-6 K-1 sind die Regel /Ett98/. • Dauerhaftigkeit Der Frost-Tauwechselwiderstand und die Beständigkeit gegen Tausalzbeanspruchung werden aufgrund der veränderten Gefügeeigenschaften (polymere Sekundärmatrix) in der Regel günstig beeinflusst. Einen zusätzlichen positiven Einfluss können die hydrophoben Eigenschaften einiger Polymere haben. Hinsichtlich eines lösenden chemischen Angriffs von außen kann das Polymergerüst einer Auflösung der Zementsteins entgegenwirken. Eine Erhöhung der Beständigkeit gegenüber CC hängt jedoch maßgeblich vom Polymergehalt und der Qualität des gebildeten Polymerfilms ab. Entsprechend den Erläuterungen im Abschnitt 4.7.3 entsteht eine polymere Sekundärmatrix erst ab einem Polymergehalt von etwa 5 % der Zementmenge. Infolge des geringen Anteils an brennbarem Polymervolumen sind PCCs grundsätzlich nicht brennbar. • Eigenschaften von SPCC Tabelle 5.9 gibt, exemplarisch für die Eigenschaften von SPCCs, eine Übersicht über am Markt erhältliche und für den Wasserbau gemäß ZTV-W LB 219 /ZTV219/ zugelassene Spritzmörtel.

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5 Ersatz geschädigten Betons

Tab. 5.9: Für den Wasserbau gemäß ZTV-W LB 219 zugelassene Spritzmörtel (SPCC) Eigenschaft

Einheit

Biegezugfestigkeit Lagerung B1)

Minimalwert

Maximalwert

10,1

8,6

12

56,4

50

68

Schwinden 90 d

mm/m

0,71

0,60

0,90

Stat. E-Modul

kN/mm²

26,8

20

31,8

Kap. Wasseraufnahme

kg/(m²h-0,5)

0,07

0,06

0,08

Carbo. Tiefe 90 d

mm

0,4

0

1,5

Chlorideindringwiderstand

10-12m²/s

1,11

0,57

1,42

Gesteinskörnung Schichtdicke: Min/Max je beitsgang

Ar-

2 bzw. 4

mm

Max Gesamtschichtdicke Spritzverfahren Trocken/Nass 1)

Mittelwert

N/mm²

Druckfestigkeit Lagerung B1)

5

Auswertung von sechs Produkten

6/50 bzw. 10/50 bzw. 10/25

50 -

überwiegend trocken

Senkrecht gespritzt nach 28 d

• Modifikation der Eigenschaften durch die Zugabe von Fasern Zu den wesentlichen Vorzügen faserverstärkter zementgebundener Mörtel gehört die Erhöhung der Zugfestigkeit und Bruchdehnung sowie die Vergrößerung des Arbeitsvermögens. Faserbewehrte zementgebundene Baustoffe versagen nicht schlagartig, sondern halten ein gewisses Spannungsniveau auch bei großen Dehnungen, wie schematisch in Bild 5.15 dargestellt. Mit zunehmendem Fasergehalt nehmen diese Eigenschaften zu. Der Begriff fasermodifizierter Mörtel umfasst jedoch aufgrund der großen Bandbreite an Fasern mit unterschiedlichen Materialeigenschaften ein weites Spektrum. So können Polypropylenfasern (PP) zur Erhöhung der Brandbeständigkeit zugegeben werden /Bal03/, High-Density Polyethylene (HDPE: E-Modul = 5000 N/mm², Zugfestigkeit = 200 N/mm²) Fasern erhöhen die Zähigkeit /Kob82/, während AR-Glas-, Aramid, Carbon- und Stahlfasern die Erstrisslast wesentlichen beeinflussen (Bild 5.16). Die Kombination unterschiedlicher Fasermaterialien ermöglicht sowohl die Erhöhung der Zugfestigkeit als auch der Duktilität /Rei05/.

5.5 Kunststoffmodifizierte Mörtel PCC, SPCC

139

Bild 5.15: Schematischer Vergleich des Zug-Spannungs-Dehnungsverhaltens von zementgebundenen Baustoffen ohne (links) und mit (rechts) Kurzfasern

5

Bild 5.16: Einfluss des Fasergehaltes [V %] auf die Biegezugfestigkeit und Vergleich der Biegezugfestigkeit von Mörteln mit Polyethylenfasern (a) und Stahlfasern (b) /Kob82/

Im Bereich der Instandsetzungsmörtel werden zur Zeit selten Fasern eingesetzt. Am Markt erhältlich sind Spritzmörtel mit Kunststofffasern, die im Wesentlichen die Duktilität des Mörtels erhöhen. Des Weiteren werden Glasfasermischungen, die entweder im Premix- oder SprayVerfahren aufgebracht werden /Pac03/, eingesetzt. Beim Premixverfahren werden die Kurzfasern während des Mischvorganges zugegeben, während beim Sprayverfahren eine Zugabe der Kurzfasern an der Sprühdüse erfolgt.

140

5 Ersatz geschädigten Betons

5.5.3 Anwendungsbereiche

5

PCCs werden besonders häufig zum Ersatz von geschädigtem Beton eingesetzt, da sich diese sowohl zum Reprofilieren großvolumiger partieller Schadstellen aber auch bei großflächigem dünnschichtigem Einsatz bewährt haben. Sie werden je nach Zusammensetzung als Haftbrücke, Reparatur- bzw. Reprofilierungsmörtel oder Feinspachtel eingesetzt. Aufgrund des besseren Wasserrückhaltevermögens sinkt die Empfindlichkeit gegenüber schlechter Nachbehandlung verglichen mit CC. Dies erlaubt dünnere Schichtdicken auf Betonen. Die RL-SIB gibt Schichtdicken zwischen 10 und 50 mm an. Lokal kann die Schichtdicke auch auf 100 mm erhöht werden. Bei Verwendung für das Instandsetzungsprinzip R der RL-SIB (Bild 1.3) ist der Polymerfeststoffgehalt auf 10 % des Zementgewichtes begrenzt. Dies ist auch beim Einsatz nach Prinzip 7 der EN 1504 zu beachten, da die Mobilität der Alkalien des Mörtels, die zum Schutz der Bewehrung notwendig ist, durch zunehmende Polymergehalte abnimmt. SPCC-Systeme bieten gegenüber PCC-Systemen vor allem bei der Instandsetzung großflächiger Schäden und bei einer großflächigen Erhöhung der Betondeckung aufgrund des zügigeren Arbeitsfortschrittes Vorteile. Im Gegensatz zu Spritzbeton kann SPCC auch bei Schichtdicken von minimal 10 mm eingesetzt werden. Jedoch ist der Einsatz in der Regel nicht auf waagerechten und gering gegen die Waagerechte geneigten Flächen möglich.

5.5.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Der Untergrund ist entsprechend Abschnitt 3.4.3 vorzubereiten. Korrodierte Bewehrung ist freizulegen, zu reinigen und ggf. zu beschichten (siehe Abschnitt 5.8). Es muss sichergestellt werden, dass der Mörtel hohlraumfrei eingebracht werden kann. Der Untergrund ist vor dem Aufbringen einer Haftbrücke bzw. des Mörtels vorzunässen, damit er kein bzw. nur geringfügig Wasser aus dem Instandsetzungsmaterial entzieht. Er sollte „mattfeucht“ erscheinen. Des Weiteren ist der Mörtel durch Abdecken des instand gesetzten Bereiches mit Folie vor unmittelbarer Austrocknung bzw. Verwässerung durch Niederschlag zu schützen. Der PCC ist zwar gegenüber dem CC unempfindlicher gegenüber einer Nachbehandlung, doch nur durch eine ausreichende Nachbehandlung können die erforderlichen Eigenschaften des Materials vollständig realisiert werden. Die Temperatur des Betonuntergrundes und der unmittelbar überlagernden Luftschicht sollte zwischen 5 und 30 °C liegen (siehe Abschnitt 3.4.4). Entsprechend dem Volumen und der Tiefe der Ausbruchstelle ist ein PCC mit geeigneter Korngröße auszuwählen. Der Durchmesser des größten Gesteinskorns sollte weniger als 1/3 der geringsten Schichtdicke betragen. Die PCCs werden in die direkt zuvor in den Altbeton eingebürstete Haftbrücke („frisch in frisch“) oder auf den vorgenässten Untergrund eingebracht. Der in der Regel von Hand eingebaute Mörtel ist ausreichend zu verdichten, damit in partiellen Ausbruchstellen freiliegende Bewehrung hohlraumfrei von Mörtel umgeben ist. Bei Ausbrüchen von mehreren Zentimetern (~> 5 cm) Tiefe ist der Mörtel in mehren Lagen mit Wartezeiten entsprechend dem Aushärteverhalten einzubauen. SPCC unterscheiden sich von PCC auch durch die Art der Verdichtung: während PCC von Hand verdichtet wird, erfolgt die Verdichtung beim SPCC durch Spritzenergie. Die Energie zum Auftrag des SPCC auf die Oberfläche ist beim Trockenspritzverfahren gewöhnlich höher als beim Nassspritzverfahren. Befindet sich Bewehrung in der zu spritzenden Schicht ist die Entstehung von Spritzschatten zu vermeiden (Bild 4.33).

5.6 Kunststoffmörtel PC

141

SPCC wird vor allem auch für eine großflächige Erhöhung der Betondeckung verwendet. Auch hierbei ist darauf zu achten, dass der Untergrund vor der Applikation „mattfeucht“ ist. Die Oberfläche sollte spritzrau belassen werden, da ein Abreiben im plastischen Zustand Gefügestörungen hervorrufen kann. Details zu den einzelnen Produkten sind den technischen Merkblättern der Hersteller zu entnehmen.

5.6 Kunststoffmörtel PC 5.6.1 Zusammensetzung Bei den Polymermörteln und -betonen ist das reaktive Polymerbindemittel das alleinige Bindemittel der Gesteinskörnung. Im Vergleich zum Zementmörtel verläuft die Erhärtung beim Einsatz von Reaktionsharzen erheblich schneller als die Hydratation des Zementes. Die Auswahl der reaktiven Polymerbindemittel richtet sich vor allem nach der Chemikalienbeständigkeit, dem Verformungsverhalten sowie der Festigkeit einschließlich der Haftung zum Untergrund. Reaktionsharze, die durch Polyaddition aushärten, sind Epoxidharze und Polyurethane. Des Weiteren können Ungesättigte Polyesterharze, ungesättigte Methylacrylatharze und Vinylesterharze, deren Aushärtung über Polymerisation erfolgt, zum Einsatz kommen. Durch Polykondensation härtbare reaktive Polymerbindemittel sind Phenolharze und Furanharze. Nach RL-SIB werden zurzeit in Deutschland jedoch nur kalthärtende, lösemittelfreie und alkalibeständige Epoxidharzsysteme verwendet. Die Gesteinskörnung muss nach RL-SIB DIN 4226-1 entsprechen und ofengetrocknet werden. Die Eigenschaften des Polymermörtels werden von den spezifischen Kenngrößen der Gesteinskörnung und deren Zusatzmenge stark beeinflusst. Bedingt durch die hohen Kosten des Bindemittels muss bei der Herstellung auf die genaue Einhaltung der Korngrößenverteilung geachtet werden. Bei Polymermörtel mit einem Größtkorn  2 mm bietet die Kornzusammensetzung nach Fullerparabel eine dichte Kornpackung, woraus ein geringer Harzverbrauch und ein hoher Füllgrad resultiert. Zusätzlich wird eine Erhöhung des Feinstkornanteils angestrebt. Neben der Sieblinie ist die Füllstoffart zu beachten. Je nach gewünschter Eigenschaft werden zusätzlich zum Quarz z. B. noch Schiefermehl, Kieselsäure, Graphit, Fasern zugegeben (siehe Abschnitt 4.2.4). Feuchte Füllstoffe wirken sich negativ auf die Eigenschaften von Polymermörteln aus. Somit ist der Wasseranteil bei Füllstoffen zu kontrollieren. Für Polyester- und Epoxidharze wird ein Wasseranteil von < 0,3 M.-% angeben /Ett98/. Bereits geringe Überschreitungen des zulässigen Wassergehaltes des Sandes als Füllstoff können erhebliche Festigkeitsverluste des PC bewirken. Daher sind entsprechend ofengetrocknete Sande zu verwenden, die sorgfältig trocken zu lagern sind.

5.6.2 Eigenschaften • Festigkeiten Die Festigkeiten von Kunststoffmörteln sind bei Raumtemperatur denjenigen von hochfesten Zementmörteln überlegen. Insbesondere die Zugfestigkeit ist nennenswert höher (ein Drittel bis zur Hälfte der Druckfestigkeit), desgleichen die Frühfestigkeit, vor allem auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen (siehe Bild 5.17).

5

142

5 Ersatz geschädigten Betons

5

Bild 5.17: Festigkeitsentwicklung eines PC aus ungesättigtem Polyesterharz (UP) im Vergleich zum CC nach /Sas94/

Die Festigkeitsentwicklung kann durch Beschleuniger sowie höhere Temperaturen weiter verkürzt werden. Als grobe Faustregel gilt für Reaktionsharzmörtel und –betone bei Raumtemperatur: Nach 1 Tag etwa 70 % der Endfestigkeit, nach 3 Tagen etwa 85 % bis 90 % der Endfestigkeit und nach 7 Tagen etwa die Endfestigkeit. Besonders kurze Erhärtungszeiten weisen methacrylatharzgebundene Mörtel und Betone auf (Bild 5.18).

5.6 Kunststoffmörtel PC

143

5

Bild 5.18: Festigkeitsentwicklung verschiedener Harzsysteme bei unterschiedlichen Temperaturen /Ett98/

Die Zeitstandfestigkeit von EP- und UP-Mörteln für 10 Jahre beträgt im Temperaturbereich bis rund 50 °C etwa 65 % der bei gleicher Temperatur gemessenen Kurzzeitfestigkeit. Dies gilt, wenn die Glasübergangstemperatur wenigstens 10 K über der Prüftemperatur liegt /Sas95/. Die Festigkeit der Polymermörtel fällt auch bei ständiger Wasserlagerung auf etwa 65 % bis 75 % der Kurzzeitfestigkeit /Ett98/. Bei den durch Polykondensation erhärteten Polymermörteln (z. B. Phenolharzmörtel) erfolgt die Zunahme der Druckfestigkeit in der Regel linear mit dem Logarithmus der Zeit. Die Aushärtung ist auch nach einem Jahr noch nicht vollkommen beendet. Die Festigkeit von Polymermörteln und -betonen ist weiterhin von folgenden Faktoren abhängig: Mischungsverhältnis, Bindemittelzusammensetzung und dessen Vernetzung, Feuchtigkeit der Füllstoffe und Nutzungstemperatur. • Elastizitätsmodul Der E-Modul der Polymermörtel liegt zwischen dem E-Modul des Harzes und dem der Füllstoffe. Er wird durch die Vernetzung des Harzes stark beeinflusst. Im Bild 5.19 ist diese Abhängigkeit anhand einer Modellrechnung aufgezeigt. Bei gleicher Kornzusammensetzung ist mir höherem Füllungsgrad (Füllstoff z. B. Quarzsand) ein Ansteigen des E-Moduls zu verzeichnen. Die Erhöhung ist jedoch nicht linear mit dem Füllungsgrad. Das liegt vor allem an der unterschiedlichen Harzdicke um die Gesteinskörner. Die Dehnung des Bindemittels wird bei den hochgefüllten Mörteln eingeschränkt. Dadurch kommt es zu einem steileren Kurvenverlauf im Spannungsdehnungsdiagramm. Die Temperaturabhängigkeit der E-Moduln der Polymermörtel hängt im starken Maße von Glasübergangstemperatur und Vernetzungsgrad ab.

144

5 Ersatz geschädigten Betons

5

Bild 5.19: Einfluss des E-Moduls des Harzes auf den E-Modul des Polymermörtels /Ett98/

• Porosität Die bei reaktiven Polymerbindemitteln auftretenden „Lücken“, die mit der Vernetzung des Harzes im Zusammenhang stehen, bezeichnet man als intermolekulare Lücken (< 1 μm), durch die das Eindringen von Wasser sehr langsam abläuft. In lösungsmittelhaltigen Harzen treten durch Verdunstung oder Einschluss der Lösungsmittel Poren im submikroskopischen Bereich (bis 50 μm) auf. Bei Polymermörteln können sich an der Berührungsfläche Harz/Gesteinskörnung Lücken mit einer Größe oberhalb von 0,1 mm bilden. Die Anzahl und Kontinuität der Poren nimmt mit der prozentualen Füllstoffmenge zu. Um ein Optimum an Dichtheit und Festigkeit zu erreichen, ist ein möglichst hohlraumarmes Gemisch anzustreben. Zwei Porenarten beeinflussen maßgeblich die Endeigenschaften: Poren, die durch die Verarbeitung eingetragen werden, und Poren, die entstehen, wenn Füllstoffe teilweise von Luft umgeben sind. In der Regel handelt es sich jedoch um geschlossene Poren. • Wärmeausdehnungskoeffizient Mit steigendem Füllgrad sinkt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient. So verringert z. B. der Füllstoff Quarzsand mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 11 · 10-6 K-1 den von Epoxidharz von 90 · 10-6 K-1 beträchtlich (Bild 5.20). Der im Vergleich zum Beton erhöhte Wärmeausdehungskoeffizient des EP führt bei großen PC-Schichten zu hohen Temperaturspannungen, insbesondere bei Temperaturgradienten zwischen PC und Beton. Aus diesem Grunde sollte PC nicht großflächig angewendet werden.

5.6 Kunststoffmörtel PC

145

5

Bild 5.20: Abhängigkeit des Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Epoxidharzmörtels vom Füllgrad (Verhältnis von Füllstoff zu Bindemittel in Massenteilen) /Ett98/

• Schrumpfen Schrumpfen tritt bei der Erhärtung von Polymermörteln und -betonen ein. In der Regel verdunstet keine Harzkomponente, sondern die Kontraktion wird durch die exotherme chemische Reaktion der Vernetzung hervorgerufen. Das freie lineare Schrumpfen hängt vom Polymertyp ab und liegt in der Größenordnung von 0,1 ‰ (hochgefüllte EP-Mörtel) bis 2 % (harzreiche Verlaufmörtel). Die im Bereich der Instandsetzungsstellen auftretenden, schrumpfbedingten Eigenspannungen hängen in komplexer Weise von der zeitlichen Entwicklung des Schrumpfvorganges, des Elastizitätsmoduls und des Relaxationsverhaltens ab. Vereinfacht kann man annehmen, dass nur diejenigen Schrumpfverformungen Spannungen erzeugen, die nach Überschreiten des Gelpunktes auftreten. Schäden können erst dann auftreten, wenn die Zugfestigkeit des Mörtels oder des Altbetons oder die Haftzugfestigkeit zwischen den beiden Komponenten überschritten wird. • Kriechen Die Kriechzahlen bewegen sich bei Raumtemperatur zwischen ϕ = 1,5 und ϕ = 3,0 und damit im Bereich des Zementbetons /Sas94/. Bereits bei geringen Temperaturerhöhungen können jedoch merklich erhöhte Kriechmasse auftreten. Dabei sind das Harzsystem, der Vernetzungsgrad und der Füllgrad maßgebend. • Haftzugfestigkeit Im Allgemeinen werden sehr gute Haftzugfestigkeiten erreicht, wenn die Altbetonoberfläche trocken und sauber ist und eine möglichst vollständige Benetzung des Polymers auf dem mine-

146

5 Ersatz geschädigten Betons

ralischen Substrat stattfindet. Ggf. ist eine sorgfältig aufzubringende Haftbrücke erforderlich (siehe Abschnitt 5.7). In Abhängigkeit vom Harztyp können sich die Haftzugfestigkeiten nach einer langfristigen Wasserlagerung zeitabhängig verringern. • Dauerhaftigkeit Bedingt durch das fehlende Kapillarporensystem weisen Polymermörtel bzw. -betone eine hohe Dichtigkeit auf. Entsprechend des verwendeten Reaktionsharzes zeichnen sie sich durch eine gute Chemikalienbeständigkeit sowie ausgezeichnete Dauerhaftigkeit unter Witterungsund sonstigen Betriebsbedingungen im Ingenieurbau aus. Das Verschleißverhalten bei schleifender Beanspruchung entspricht demjenigen eines Zementbetons mit gleicher Gesteinskörnung. Bei rollender Beanspruchung ist das Verhalten aufgrund der teilweise elastischen Einbettung der Gesteinskörnung in der Polymermatrix deutlich besser. Luftkohlensäure greift ausgehärtete Reaktionsharze nicht an. Bereits bei geschlossenen Schichtdicken von 5 mm sind die Mörtelschichten gegen CO2-Durchtritt als dicht anzusehen. Auch der Widerstand gegen Wasserdampfdiffusion ist technisch „unendlich“ groß.

5 5.6.3 Anwendungsbereiche PC soll nach RL-SIB in der Instandsetzung nur in Ausnahmefällen eingesetzt werden, z. B. wenn • eine schnelle Aushärtung erforderlich ist, • Nachbehandlungsmaßnahmen, die bei allen zementgebundenen Stoffen erforderlich sind, nicht durchgeführt werden können oder • eine sehr geringe Schichtdicke erforderlich ist. Die Schichtdicken können nach RL-SIB zwischen 5 und 40 mm liegen. Aber auch hier sollte mindestens der dreifache Größtkorndurchmesser gewählt werden. Wie bereits erwähnt soll PC generell nur in kleinen zusammenhängenden Flächen verwendet werden, um Probleme durch den im Vergleich zum Beton erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden.

5 6 4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Der Untergrund ist entsprechend Abschnitt 3.4.3 vorzubereiten. Korrodierte Bewehrung ist freizulegen, zu reinigen und zu beschichten. Dazu ist vor der Reprofilierung immer ein reaktionsharzgebundener Korrosionsschutz zu verwenden, da PC nicht alkalisch ist und daher die Stahloberfläche nicht passiviert (siehe Abschnitt 5.8). Es muss sichergestellt werden, dass der Mörtel hohlraumfrei eingebracht werden kann. Der Untergrund muss trocken sein, um einen ausreichenden Verbund zwischen PC und Substrat zu erreichen. Der PC wird üblicherweise in Kleingebinden auf die Baustelle geliefert, da die Verarbeitungszeit nur etwa 10 bis 30 min beträgt und größere Chargen sich infolge der Exothermie der Härtungsreaktion sehr stark erwärmen können. Mengen bis etwa 10 l werden häufig mit von Bohrmaschinen angetriebenen Rührern mit  400 Umdrehungen/min vermischt. Das Mischen größerer Mengen von Polymermörteln muss unbedingt im Zwangsmischer erfolgen. Bei hochtourigen Geräten besteht die Gefahr des „Einrührens“ von erheblichen Luftmengen. Zu beachten ist weiterhin, dass bei vorgemischten Systemen (Harz und Füllstoff) eine gute Durchmi-

5.7 Haftbrücke und Feinspachtel

schung erfolgen muss, da bei Lagerung aufgrund von Dichteunterschieden zwischen Harz und Füllstoff eine Separation der Stoffe erfolgt. Das Erreichen von homogenen PCs erfordert eine Mischzeit von über zwei Minuten. Die Mischzeit ist bei großen Gebinden und/oder hoher Viskosität zu verlängern. Genaue Angaben sind dem Produktdatenblatt zu entnehmen. Trockene Gesteinskörnung muss, sofern sie nicht bereits dem Harz zugegeben wurde, ofentrocken sein. Jeder Eintrag von Feuchtigkeit, sei es aus dem Untergrund oder den Komponenten, bedingt eine Verschlechterung der PC-Eigenschaften. Die Temperatur der Betonoberfläche muss mindestens 8 °C und 3 Kelvin oberhalb der Taupunkttemperatur der umgebenden Luft betragen. Es darf nicht Regnen oder Nebelnässen, und Staub muss fern gehalten werden. Die maximale zulässige Temperatur der überlagernden Luftschicht beträgt 40 °C. Um einen ausreichenden Verbund zwischen PC und Substrat zu erzielen, wird häufig eine Haftbrücke bestehend aus dem Bindemittel des PC´s eingesetzt. Die Haftbrücke muss den Betonuntergrund gut benetzen und der PC wird „frisch in frisch“ auf die Haftbrücke aufgebracht. Bei einer längeren Arbeitsunterbrechung wird abgesandet und nach dem Erhärten erneut eine Haftbrücke aufgetragen. Betoninstandsetzungen mit Reaktionsharzmörteln erfordern keine besonderen Nachbehandlungsmaßnahmen. Während des Erhärtungsvorganges sollten die instand gesetzten Stellen jedoch vor mechanischer Beanspruchung, Wassereinwirkung und chemischen Angriffen geschützt werden.

5.7 Haftbrücke und Feinspachtel Werden im Zusammenhang mit Instandsetzungsmörteln und -betonen noch andere Komponenten verwendet, spricht man von Betonersatzsystemen (BES, Bild 3.1). Komponenten des BES sind:

• • • •

Korrosionsschutz (i. d. R. zementgebunden oder epoxidharzgebunden); nur bei Instandsetzungsprinzip C (Bild 5.23) und Verwendung von PC erforderlich Haftbrücke (zementgebundene Schlämme oder epoxidharzgebunden); wird nicht bei SPCC eingesetzt Instandsetzungsmörtel Feinspachtel; i. d. R. in Verbindung mit einem Oberflächenschutzsystem.

In den folgenden zwei Abschnitten werden die Stoffe für Haftbrücken, Feinspachtel und Korrosionsschutz weitergehend erläutert. Zur Erhöhung der Haftzugfestigkeit zwischen Substrat und Instandsetzungsmörtel wird häufig eine Haftbrücke eingesetzt. Die Zusammensetzung der Haftbrücke richtet sich nach dem Bindemittel im Instandsetzungsmörtel. Bei Zementmörtel CC und PCC werden mineralische Haftbrücken auf Zementbasis ohne bzw. mit Polymerdispersionen verwendet. Bei PC werden reaktionsharzgebundene Haftbrücken (in Deutschland auf Basis der RL-SIB Epoxidharze) verwendet. Die Haftbrücke wird als schlämmfähiges Gemisch gewöhnlich mit der Bürste auf den Untergrund aufgebracht. Dabei ist auf eine vollständige Benetzung des Untergrundes zu achten (Bild 5.21). Je nach Instandsetzungsmörtel muss der Untergrund mattfeucht (CC und PCC) bzw. trocken (PC) sein. Der nachfolgende Mörtel wird im Regelfall „frisch in frisch“ eingelegt. Ansonsten gelten die von den Herstellern mitzuliefernden Angaben zur Ausführung.

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5

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5 Ersatz geschädigten Betons

Bei SPCC wird keine Haftbrücke eingesetzt, da diese durch den Aufprall des SPCC in ihrer Funktion beeinträchtigt werden würde. Bild 5.21 zeigt Ausschnitte aus der Herstellung eines BES an einem Probekörper. Zunächst wird der zementgebundene Korrosionsschutz (Abschnitt 5.8) aufgetragen, daran schließt sich die Haftbrücke an. Nachfolgend wird der Instandsetzungsmörtel eingebracht.

5 Bild 5.21: Ausschnitte aus der Herstellung eines BES. Links: Zementgebundener Korrosionsschutz. Rechts: Aufgetragene Haftbrücke

Der Feinspachtel dient zum Füllen von Poren sowie Lunkern in der Oberfläche des instandgesetzten Bereiches. Er wird auch als Kratz- oder Lunkerspachtel bezeichnet. Das Ausgleichen von Unebenheiten erfolgt mit einer Ausgleichsspachtelung, wobei es sich bei dünnen Schichten ebenfalls um einen Feinspachtel handelt (Bild 5.22). Der Feinspachtel stellt das Bindeglied zwischen BES und Oberflächenschutzsystem dar (Kapitel 7). Das Spachtelmaterial richtet sich daher nach den nachfolgenden Oberflächenschutzschichten: Für reaktionsharzgebundene Oberflächenschutzschichten werden reaktionsharzgebundene Spachtel eingesetzt, sind nachfolgende Schichten aus Polymerdispersionen, so beinhaltet auch der Spachtel Polymerdispersionen. Bild 5.22 zeigt zwei Beispiele, bei denen der Betonuntergrund vor einer Beschichtung nicht bzw. unzureichend gespachtelt wurde.

Bild 5.22: Links: Beschichtung mit unzureichender Lunkerspachtelung. Rechts: Beschichtung auf nicht gespachteltem Beton

149

5.8 Korrosionsschutz der Bewehrung

5.8 Korrosionsschutz der Bewehrung 5.8.1 Allgemeines Der Korrosionsschutz der Bewehrung ist in der RL-SIB /DAfStb01/ geregelt sowie in der EN 1504-7 genormt. Die Restnorm DIN V 18 027 zur EN 1504-7 wird zurzeit noch diskutiert. Sowohl in der RL-SIB als auch in der EN 1504-7 werden Anwendungsbereiche und Anforderungen für den Korrosionsschutz der Bewehrung angegeben. Diese werden in den nachfolgenden Abschnitten zusammengefasst. In Deutschland stehen zwei Möglichkeiten für den Korrosionsschutz der Bewehrung zur Verfügung: Epoxidharzsysteme oder mineralische Korrosionsschutzsysteme. Diese beiden Varianten werden ebenfalls in den nachfolgenden Abschnitten erläutert.

5.8.2 Anwendungsbereiche nach EN 1504-7 und RL-SIB

5 5.8.2.1 Anwendungsbereiche nach EN 1504-7 Beschichtungen der Stahlbewehrung und Stahlelemente in Betontragwerken werden als Verfahren zur Umsetzung des in Tabelle 5.10 dargestellten Instandsetzungsprinzips eingesetzt. Tab. 5.10: Anwendungsbereiche nach EN 1504-7 Prinzip Nr.

Prinzip und seine Definition

Auf diesem Prinzip basierende Methode

Prinzip 11 (CA: Control of Anodic Areas)

Kontrolle anodischer Bereiche

11.1 Anstrich der Bewehrung durch aktiv pigmentierte Beschichtungen

Schaffung von Bedingungen, unter denen potentiell anodische Bereiche der Bewehrung daran gehindert werden, an der Korrosionsreaktion teilzunehmen

11.2 Anstrich der Bewehrung mit Beschichtungen nach dem Barriere -Prinzip

5.8.2.2 Anwendungsbereiche nach RL-SIB In der RL-SIB /DAfStb01/ ist die Beschichtung des Bewehrungsstahls Bestandteil des Instandsetzungsprinzips C. Das Prinzip C (Bild 5.23) beruht auf der Verhinderung der anodischen Eisenauflösung durch eine geeignete Beschichtung der Stahloberfläche. Es wird angewendet, wenn die Anforderungen an die Grundsatzlösungen „Realkalisierung“ und „Begrenzung des Wassergehaltes im Beton“ nicht erreicht werden können. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Betondeckung auch nach der Instandsetzung kleiner als 10 mm ist und z. B. aufsteigende Feuchtigkeit oder rückseitige Feuchteeinwirkungen vorliegen.

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5 Ersatz geschädigten Betons

5

Bild 5.23: Schematische Darstellung des Korrosionsschutzprinzips C nach RL-SIB /DAfStb01/

Im Normalfall muss der Altbeton rund um die Bewehrungsabschnitte abgetragen werden, die im karbonatisierten bzw. chloridbelasteten Bereich liegen, zzgl. eines Sicherheitszuschlags Δtk,l. Danach ist die freigelegte Stahloberfläche mittels Strahlen mit einem trockenen oder feuchten Strahlmittel so zu entrosten, dass der Oberflächenvorbereitungsgrad Sa 2½ nach DIN EN ISO 12 944-4 an jeder Stelle erreicht wird. Dies gilt auch für Kreuzungsbereiche von Betonstählen und die Rückseiten der freigelegten Stahloberflächen. Auf die so vorbereiteten Stahloberflächen ist ein Korrosionsschutzsystem aufzubringen. Im Regelfall wird die gesamte Betonoberfläche zur Verbesserung seines Karbonatisierungswiderstandes zusätzlich mit einem Oberflächenschutzsystem OS 2, OS 4 oder OS 5 beschichtet (Kapitel 7), wobei dessen günstige Wirkung berücksichtigt werden darf. Auf das Oberflächenschutzsystem darf nur verzichtet werden, wenn der Korrosionsschaden lediglich auf eine örtliche Unterschreitung der Betondeckung zurückzuführen war. Kann der karbonatisierte Altbeton nicht in dem oben beschriebenen Umfang entfernt werden, kann das Verfahren mit dem Verfahren W kombiniert werden. Wurde die Korrosion durch Chlorideinwirkung ausgelöst, so ist

151

5.8 Korrosionsschutz der Bewehrung

die Betonoberfläche in jedem Fall zu beschichten, um ein weiteres Eindringen der Chloride zu unterbinden. In der RL-SIB /DAfStb01/ wird explizit darauf hingewiesen, dass bereits kleinste Fehlstellen in der Beschichtung (z. B. in Kreuzungsbereichen von Bewehrungsstäben, an der Rückseite von Doppelstäben) zu örtlich sehr hoher Korrosionsaktivität führen. Der sachkundige Planer muss hierauf im Instandsetzungsplan hinweisen.

5.8.3 Anforderungen nach EN 1504-7 und RL-SIB 5.8.3.1 Anforderungen nach EN 1504-7:2006 Die DIN EN 1504-7:2006 legt Anforderungen an die Identifizierung und das Leistungsvermögen (einschließlich Dauerhaftigkeit) von Produkten und Systemen für aktive Beschichtungen und Sperrschichten für den Schutz vorhandener unbeschichteter Stahlbewehrung und eingebetteter Stahlelemente in Betontragwerken, die instand gesetzt werden, fest. Diese Norm gilt nicht für den Korrosionsschutz von Spannbewehrung und Edelstahl. Der Hersteller muss für die Produkte/Systeme die in Tabelle 5.11 aufgeführten Identitätsprüfungen vornehmen. Tabelle 5.12 stellt die Leistungsanforderungen nach DIN EN 1504-7 zusammen. Die in den Tabellen genannten Prüfverfahren werden in Kapitel 9 erläutert. Tab. 5.11: Identitätsprüfungen mit Angabe des Prüfverfahrens und der zulässigen Abweichung nach DIN EN 1507-7:2006 Eigenschaft

Prüfverfahren

Anforderung/Grenzabweichung

Sichtprüfung

gleichmäßig und identisch mit der vom Hersteller gelieferten Beschreibung

− Pyknometerverfahren − Tauchkörperverfahren

EN ISO 2811-1

±3%

EN ISO 2811-2

±3%

Infrarotspektrum

EN 1767

durch visuellen Vergleich bestätigt

EN 18 77-1

±5%

Aminzahla

EN 18 77-2

±6%

flüchtige und nichtflüchtige Anteile

EN ISO 3251

±5%

thermogravimetrische Analyse

EN ISO 11 358

durch Vergleich bestätigt und ± 5 % bezogen auf den Masseverlust bei 600 °C

Viskosität

EN ISO 3219

± 20 %

Bestandteile (flüssig) Farbe/allgemeines Erscheinungsbild Dichte

Epoxid-Äquivalent

a

5

152

5 Ersatz geschädigten Betons

Fortsetzung Tab. 5.11 Eigenschaft

Prüfverfahren

Anforderung/Grenzabweichung

Topfzeita

EN ISO 9514

± 15 %

Konsistenz

EN 1015-4

± 15 %

Ablaufneigung

EN 13 062

± 15 %

Eindruckhärte (Shore-Härte D nach 7 d)

EN ISO 868

± 3 Einheiten

Mischung

a

Nur für Epoxid

Tab. 5.12: Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für Korrosionsschutzsysteme der Bewehrung nach DIN EN 1504-7:2006

5

Leistungsanforderungen

Prüfverfahren nach

Anforderung

Korrosionsschutz

EN 15 183

Die Prüfung gilt als bestanden, wenn die beschichteten Bereiche des Stahls frei von Korrosion sind und die Rostunterwanderung an der unteren Plattenkante < 1 mm beträgt.

Glasübergangstemperatur

EN 12 614

Mindestens 10 K über der maximalen Anwendungstemperatur

Scherwiderstand (beschichteter Stahl an Beton)

EN 15 184

Nachweiskriterium ist die Haftspannung bei einer Verschiebung von  = 0,1 mm. Die Prüfung gilt als bestanden, wenn die für die beschichteten Stäbe bestimmte Haftspannung in jedem Fall mindestens 80 % der für die unbeschichteten Stäbe bestimmten Bezugshaftspannung beträgt.

5.8.4 Epoxidharzsysteme Epoxidharzsysteme gehören zu dem Verfahren 11.2 nach EN 1504 „Anstrich der Bewehrung mit Beschichtungen nach dem Barriere-Prinzip“. Eine allgemeine Erläuterung der Epoxidharze im Bauwesen befindet sich in Abschnitt 4.3.2. Zur Erzielung eines langfristigen Korrosionsschutzes muss die Epoxidharzbeschichtung vollflächig und ohne Fehlstellen aufgebracht werden. Dies ist auch an schwer zugänglichen Rückseiten der Stahlbewehrung, Kreuzungspunkten sowie Bereichen mit Rütteldraht zu gewährleisten. Auch dürfen beim nachfolgenden Auftrag des Betonersatzsystems keine Schäden an der Beschichtung entstehen. Wird nachfolgend SPCC aufgebracht, erfolgt häufig der Schutz der Stahlbeschichtung durch eine so genannte Verschleißschicht aus abgestreutem Epoxidharz. Liegen Fehlstellen in der Beschichtung vor, besteht die Gefahr der Makroelementkorrosion. Nach RL-SIB muss die Mindestschichtdicke bei einschichtigem Auftrag mindestens 300 μm betragen. Wenn ein Besanden vorgesehen ist, muss zweischichtig gearbeitet werden. Die Sandkörner dürfen nur in die zweite Schicht eindringen, um eine Perforation der Beschichtung durch Sandkörner zu vermeiden. Die Besandung kann deshalb erst nach ausreichender Erhärtung der ersten Schicht erfolgen. Die erste Schicht muss dann mindestens 200 μm dick sein.

5.8 Korrosionsschutz der Bewehrung

153

Das Epoxidharz wird mittels Pinsel auf den trockenen Untergrund (Stahl, Beton) aufgetragen. Die in den jeweiligen technischen Merkblättern angegebenen Verarbeitungsbedingungen sind einzuhalten. Die nachfolgenden Bilder (5.24 und 5.25) zeigen exemplarisch Schäden an Bewehrungen, die nicht fachgerecht beschichtet wurden. Häufige Ursachen für auftretende Schäden sind unzureichende Schichtdicken und nur teilweise aufgetragene Beschichtungen.

5 Bild 5.24: Links: Korrosion an freiliegender Bewehrung in einem Innenraum nach einer Beschichtung. Rechts: Korrosion an beschichteter Bewehrung ohne nachfolgende Reprofilierung in der Nähe eines häufig feuchten Bodens

Bild 5.25: Links und Rechts: Erneute Betonabplatzungen trotz Korrosionsschutzanstriches der Bewehrung aufgrund schlechter Beschichtungsqualität

5.8.5 Mineralische Korrosionsschutzsysteme Mineralische Korrosionsschutzsysteme gehören zu dem Verfahren 11.1 nach EN 1504 „Anstrich der Bewehrung durch aktiv pigmentierte Beschichtungen“. Die mineralischen Korrosionsschutzsysteme bestehen i. d. R. aus Zement, Zusätzen wie z. B. Quarzmehl und Pigmenten, Wasser sowie ggf. Dispersionen. Durch die Alkalität des Korrosionsschutzsytems wird die Bewehrung geschützt. Das Feststoff-Wasser-Verhältnis beträgt häufig etwa 0,20.

154

5 Ersatz geschädigten Betons

Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems ist, dass die Materialbasis Zement sowohl im Untergrund als auch i. d. R. im nachfolgenden Betonersatzsystem vorliegt. Somit werden Materialunverträglichkeiten vermieden und die Haftung zwischen den einzelnen Schichten ist bei fachgerechter Verarbeitung ohne Zusatzmaßnahmen, wie z. B. Abstreuen, gegeben. Weiterhin können lokale Poren oder Fehlstellen geringer Abmessung in der Beschichtung durch die alkalische Porenlösung des Korrosionsschutzsystems überbrückt werden, wodurch die Funktionalität der Beschichtung erhalten bleibt (aktiver Korrosionsschutz). Die zu beschichtende Stahloberfläche muss i. d. R. einen Oberflächenvorbereitungsgrad von Sa 2½ nach DIN EN ISO 12 944-4 aufweisen. Die Verarbeitung des Korrosionsschutzes erfolgt nach den technischen Merkblättern des Herstellers. Je nach dem welcher Betonersatz auf die beschichtete Bewehrung folgt (PCC, SPCC als Nass- oder Trockenspritzmörtel), ist der mineralische Korrosionsschutz in zwei oder drei Arbeitsgängen mit einem geeigneten Pinsel aufzutragen. Die Gesamtauftragsmenge variiert bei einem Stahldurchmesser bis 18 mm zwischen 200 und 400 g/m. Detaillierte, produktspezifische Angaben sind den technischen Merkblättern zu entnehmen. Nach RL-SIB muss die Schichtdicke bei kunststoffmodifizierten zementhaltigen Systemen mindestens 1000 μm betragen, und es sind wenigstens zwei Arbeitsschritte erforderlich.

5 5.9 Hinweise zur Schadensvermeidung Der erste Schritt zur Schadensvermeidung beginnt bereits bei der Auswahl der Instandsetzungsmethode. Auf Basis der sich aus dem Konzept ergebenden Anforderungen an den Instandsetzungsmörtel ist ein geeignetes System (CC, PCC, SPCC, PC ggf. mit Haftbrücke, Feinspachtel und Korrosionsschutz) auszuwählen. Eine etwas stärkere Einschränkung hinsichtlich der Anwendungsbereiche gibt die RL-SIB /DAfStb01/ (Abschnitt 5.2.2) vor. Nach der Festlegung der Art des Betonersatzsystems (CC, PCC, SPCC, PC ggf. mit Haftbrücke, Feinspachtel und Korrosionsschutz) sind entsprechende Produkte auszuwählen. Alle Komponenten des Betonersatzsystems sollten aus einer Produktserie von einem Hersteller stammen, um Materialunverträglichkeiten zu vermeiden! Für standsicherheitsrelevante Instandsetzungen müssen die Betonersatzsysteme nach ZTV-ING /ZTV03/ bzw. RL-SIB /DAfStb01/ geprüft sein. Zukünftig soll dies durch die Restnorm DIN V 18 027 zur EN 15043:2005 abgedeckt werden (siehe Abschnitt 9). Zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften ist die Einhaltung des im technischen Merkblatt des Produktes angegebenen Mischungsverhältnisses erforderlich. Die Produkte dürfen nicht durch Wasser oder Gesteinskörnung etc. gestreckt werden. Ebenso ist Einhaltung des Mischungsverhältnisses sowie eine gute Durchmischung der Gebinde notwendig. Geöffnete Gebinde sollten komplett vermischt werden, um Fehler bei der Dosierung zu vermeiden. Die Untergrundfeuchte hat einen entscheidenden Einfluss auf die spätere Haftung des Instandsetzungssystems und damit auf die Dauerhaftigkeit. Wie bereits in den vorangegangenen Abschnitten erwähnt, muss der Untergrund für mineralisch gebundene Systeme i. d. R. „mattfeucht“ sein, während reaktionsharzgebundene Systeme i. d. R. einen trockenen Untergrund fordern. Die Oberflächenzugfestigkeit des Untergrundes ist zu überprüfen. Ein Mittelwert von 1,5 N/mm² bei einem kleinsten Einzelwert von 1 N/mm² ist notwendig, sofern nicht mit Spezialsystemen für minderfeste Untergründe nach ZTV-W gearbeitet wird. Ebenso ist ein sauberer Untergrund ohne lose Bestandteile erforderlich.

5.9 Hinweise zur Schadensvermeidung

155

Des Weiteren ist auf die Witterung zu achten: Die in Abschnitt 3.4.4 und in den Produktdatenblättern genannten Witterungsbedingungen sind sicherzustellen. Als letzter Schritt ist eine ausreichende Nachbehandlung der zementgebundenen Systeme notwendig. Können aufgrund der örtlichen Gegebenheiten gewisse Randbedingungen, wie z. B. Oberflächenzugfestigkeiten des Untergrundes, Verarbeitungstemperaturen, nicht eingehalten werden, so ist das Instandsetzungssystem zuvor in Kleinversuchen hinsichtlich seiner Eignung für den vorliegenden Anwendungsfall zu überprüfen. Dies kann in Absprache mit dem Anbieter und/oder Prüfinstituten erfolgen. Im Bild 5.26 sind exemplarisch zwei Schäden an reprofilierten Bereichen dargestellt. Das linke Bild zeigt Korrosionsspuren und Rissbildung im Instandsetzungsmörtel. Der Instandsetzungsmörtel war gegenüber dem starken Chloridangriff nicht ausreichend widerstandsfähig. Hier hätte die Reprofilierung mit z. B. einem Oberflächenschutzsystem geschützt werden müssen. Das rechte Bild zeigt eine teilweise abgefahrene Reprofilierung. In diesem Fall wurde offenbar keine ausreichende Haftung auf dem Betonuntergrund erreicht.

5

Bild 5.26: Links: Reprofilierter Bereich bei starkem Chloridangriff mit Rissbildungen durch den Korrosionssprengdruck der Bewehrung. Rechts: Teilweise wieder abgefahrene Mörtelschicht in einem Parkhaus.

Bei der Beschichtung der Stahlbewehrung im Beton ist äußerst sorgfältig zu arbeiten. Der Untergrund muss die Anforderungen entsprechend den Angaben in Abschnitt 3.4.2 erfüllen. Der Altbeton muss rund um die Bewehrungsabschnitte, die beschichtet werden sollen, abgetragen werden. Die zu beschichtende Stahloberfläche muss einen Oberflächenvorbereitungsgrad von Sa 2½ nach DIN EN ISO 12 944-4 aufweisen. Die Materialkomponenten sind entsprechend der technischen Merkblätter zu verarbeiten. Von immenser Bedeutung ist die Realisierung einer fehlstellenfreien, vollflächigen Beschichtung in den Bereichen, in denen der Beton aufgrund von Karbonatisierung/Chloriden keinen Schutz mehr gewährleistet. Die Beschichtung darf auch bei nachfolgenden Arbeitsschritten nicht beschädigt werden. Lokale Fehlstellen in der Beschichtung bedingen aufgrund der dann vorliegenden Kathoden/Anoden-Flächenverhältnisse einen beschleunigten Korrosionsfortschritt. Der Einsatz mineralischer Korrosionsschutzsysteme ist aufgrund der im vorherigen Abschnitt erläuterten Vorteile prinzipiell sicherer. Ergänzend sollte zur Erhöhung der Sicherheit gegenüber Korrosion der Bewehrung ein Oberflächenschutzsystem auf die instand gesetzte Betonoberfläche aufgebracht werden.

6 Rissfüllstoffe

6.1 Allgemeines Das Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen stellt im Bereich der Bauwerkserhaltung neben der Reprofilierung von Oberflächen (Betonersatzsysteme), dem vollflächigen Oberflächenschutz und Verstärkungsmaßnahmen einen wesentlichen und häufig technisch unerlässlichen Arbeitsschritt dar. Als Füllstoffe werden Epoxidharze, Polyurethane, Acrylatgele, Zementleime und Zementsuspensionen eingesetzt. Diese Rissfüllstoffe werden in den Abschnitten 6.3 bis 6.6 hinsichtlich Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungsbereichen sowie Verarbeitung und Einsatz am Bauwerk beschrieben. Zunächst wird jedoch im Abschnitt 6.2 ein Überblick über Rissfüllstoffe gegeben. Dazu werden die mit dem Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen verfolgten Ziele kurz genannt, die Stoffe vergleichend gegenübergestellt sowie Vorgehensweisen beim Füllen von Rissen, Holräumen und Fehlstellen beschrieben. Des Weiteren werden die Anwendungsbereiche nach EN 1504-5 und RL-SIB sowie die Anforderungen nach EN 1504-5 in Kombination mit der Restnorm DIN V 18 028 dargestellt. Da die Anwendung der Produkte nach EN 1504-5 in Deutschland über die Restnorm DIN V 18 028 geregelt ist, werden die Anforderungen nach RL-SIB nicht mehr aufgeführt. Das Kapitel schließt mit Hinweisen zur Schadensvermeidung (Abschnitt 6.8) ab.

6.2 Überblick 6.2.1 Stoffe und Verfahren zum Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen Grundlage für Schutz- und Instandsetzungsarbeiten an Rissen und Hohlräumen ist eine umfassende Beurteilung ihres Einflusses auf die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit des Stahl- bzw. Spannbetonbauteils. Im Rahmen der Beurteilung sind Aussagen zur Rissursache, zur Notwendigkeit des Füllens der Risse, zum Ziel der Maßnahme, zur Bewegung der Rissufer und gegebenenfalls zum Risiko des Entstehens neuer Risse zu formulieren. Mögliche Rissursachen, Rissbreiten und Rissbewegungen sind ebenso wie die Erfassungs- und Untersuchungsmethoden relevanter Rissmerkmale im Abschnitt 2.7.2, sowie in der RL-SIB /DAfStb01/ beschrieben. Mit dem Füllen von Rissen und Hohlräumen werden in der Regel die folgenden Ziele verfolgt:

6.2 Überblick

• • • •

157

Schließen: Hemmen oder Verhindern des Eindringens korrosionsfördernder Stoffe in Bauteile Abdichten: Beseitigen von riss- bzw. hohlraumbedingten Undichtheiten des Bauteils Dehnfähiges Verbinden: Herstellen einer begrenzt dehnfähigen Abdichtung eines Risses Kraftschlüssiges Verbinden: Herstellen einer zug- und druckfesten Verbindung in Rissen oder Hohlräumen

Je nach Ziel der Rissbehandlung können unterschiedliche Stoffe eingesetzt werden:

• • • •

Epoxidharze (Abschnitt 6.3), Polyurethane (Abschnitt 6.4), Acrylatgele (Abschnitt 6.5), Zementleime und Zementleimsuspensionen (Abschnitt 6.6)

Diese Stoffe werden in den nachfolgenden Abschnitten 6.3 bis 6.6 ausführlich beschrieben. Die Verwendung von Acrylatgelen ist derzeit im Bereich Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen für Deutschland nicht geregelt. Quellfähige Acrylatgele nach DIN EN 1504-5 dürfen daher nicht bei so genannten standsicherheitsrelevanten Maßnahmen im Sinne der RLSIB ohne Zulassung oder Zustimmung im Einzelfall eingesetzt werden. Tabelle 6.1 stellt vergleichend Grenzwerte und Anwendungsbedingungen für die zuvor genannten Rissfüllstoffe gegenüber. Dabei wurden die Angaben der RL-SIB um die Acrylatgele erweitert. Neben dem Rissverlauf, der Rissbreite, der Rissbewegung und der Risstiefe spielt der Feuchtezustand des Rissbereiches eine entscheidende Rolle für die Auswahl einer geeigneten Instandsetzungsmaßnahme. Die Beurteilung des Feuchtezustandes von Rissen und Hohlräumen nach RL-SIB ist im Abschnitt 2.4.3 erläutert. Welcher Stoff bei welchem Feuchtezustand einzusetzen ist wird in der Tabelle 6.1 genannt und in den nachfolgenden Abschnitten 6.3 bis 6.6 erläutert. Bild 6.1 zeigt zwei unterschiedliche Arten von Rissen, die jeweils eine andere Instandsetzungsmaßnahme fordern. Der im linken Bild dargestellte Riss durch ein Stahlbetonbauteil sollte kraftschlüssig mittels Epoxidharz oder Zementleim- bzw. -suspension injiziert werden, da bei der Rissbreite von 1,2 mm die vorhandene Bewehrung offenbar nicht zur Beschränkung der Rissbreiten ausreicht. Die durch Frühschwinden des Betons in einer Bodenplatte entstandenen Risse auf der rechten Seite des Bildes 6.1 können mit Epoxidharz getränkt werden, falls sie ausreichend trocken sind.

Bild 6.1: Links: Beispiel für einen sehr breiten Einzelriss. Rechts: Beispiel für eine außerordentlich starke Rissbildung durch Frühschwinden des Betons

6

158

6 Rissfüllstoffe

Tab. 6.1: Grenzwerte und Anwendungsbedingungen für Rissfüllstoffe zur Injektion (nach RLSIB /DAfStb01/, ergänzt um Acrylatgele) Epoxidharz

Polyurethan

Acrylatgel

Zementleim

Anwendungsbereich

Kraftschlüssiges Füllen

Dehnfähiges Füllen

Quellfähiges Füllen9

Kraftschlüssiges Füllen

Rissart

Trennriss oder oberflächennaher Riss

Trennriss

Trennriss oder oberflächennaher Riss

Trennriss

Trennriss oder oberflächennaher Riss

w  0,302

w  0,103

w  0,80

w  0,25

Rissverlauf

Beliebig 1

Rissbreite w in mm

w  0,10

Vorherige Rissfüllung

Nicht zulässig bei vorheriger Füllung mit EP oder PUR

Wiederholte Füllung zulässig

Wiederholte Füllung vermutlich i. d. R. möglich

Nicht zulässig bei vorheriger Füllung mit EP oder PUR; Wiederholung der Füllung mit ZL oder ZS zulässig

Feuchtezustand

trocken

Trocken, feucht, drucklos & unter Druck5 wasserführend

Trocken, feucht, drucklos & unter Druck5 wasserführend

Trocken6, feucht, drucklos & unter Druck5 wasserführend

Niedrigste Anwendungstemperatur

8 °C

6 °C7

~ 0-5 °C

5 °C

Kurzzeitige Rissbreitenänderungen Δw während der Erhärtung

Δw  0,10 w  0,03 mm (der kleinere

beliebig

Nicht zulässig

Nicht zulässig

4

6

1

Zementsuspension

von beiden Werten ist maßgebend)

Tägliche Rissbreitenänderungen Δw während der Erhärtung

Abhängig von der Festigkeitsentwicklung

beliebig

Rissbreitenänderung nach der Erhärtung

-

w  0,3 mm: Δw  0,05 w; w  0,5 mm: Δw  0,1 w8

Gefahrenpotential

-

Keine Erfahrung, Feuchteabhängig: im Trockenen gering

-

Bewehrungskorrosion9

-

in der Grundprüfung kleinste nachgewiesene Rissbreite Zum begrenzt dehnfähigen Verbinden nachgewiesene Mindestrissbreite. Für lediglich abdichtende Injektionen sind in Abhängigkeit von der Viskosität auch kleinere Rissbreiten injizierbar.

2

6.2 Überblick

159

3

Kleinere Rissbreiten sind in Abhängigkeit vom Material injizierbar. Unter Laborbedingungen w  0,55 mm nachgewiesen. 5 Zusammen mit Maßnahmen zur Druckminderung, z. B. Entlastungsbohrungen, Wasserhaltung und rückwärtiges Abdichten. 6 Flanken von Rissen und innere Oberflächen von Hohlräumen müssen ggf. gemäß Angaben zur Ausführung vorgenässt werden. 7 Niedrigere Anwendungstemperaturen sind gemäß Grundprüfung möglich. 8 Gilt für mittlere Bauwerkstemperaturen von ca. 15 °C. 9 Bei Verwendung von Acrylatgelen in Rissen, die Bewehrung enthalten, sollten die Auswirkungen auf den Korrosionsschutz durch Eignungsprüfungen nachgewiesen werden; bei Kiesnestern ist von Acrylatgelen abzuraten. 4

Vor dem Füllen müssen die Risse von losen Feinstoffen befreit werden, z. B. mit einem geeigneten Staubsauger oder Druckluft. Je nach Durchfeuchtung des Betons sind vor der Rissbehandlung die Rissufer zu trocknen. Hinsichtlich des Einbringens unterscheidet man zwischen Tränkung und Injektion. Tränkung (T) ist definiert als das drucklose Füllen von Rissen auf annähernd waagerechten Flächen von oben. Der Tränkstoff dringt aufgrund der Schwerkraft und der Kapillarität in den Riss ein. Die Tiefenwirkung der Maßnahme ist außer von den Materialeigenschaften von der Rissbreite abhängig. Im Allgemeinen können durch Tränkung nur oberflächennahe Rissbereiche (Mindesttiefen von 5 mm bzw. 1/15 der Risstiefe) gefüllt werden. Die ursprüngliche Tragfähigkeit des ungerissenen Querschnitts wird daher nur teilweise wiederhergestellt, was bei der Beurteilung des Risikos einer erneuten Rissbildung zu berücksichtigen ist. Aus gleichem Grunde stellt die Tränkung bereits bei geringen Rissbreitenänderungen im Regelfall keine geeignete Maßnahme dar. Beim Tränken muss immer für eine ausreichende Zufuhr des Rissfüllstoffes gesorgt werden, bis augenscheinlich kein Füllstoff mehr aufgenommen wird. Die Tränkung erfolgt an leicht geneigten Flächen meist mit Hilfe eines Pinsels und auf waagerechten Flächen auch durch Fluten unter Verwendung eines Gummischiebers. Epoxidharze sind aufgrund niedriger Oberflächenspannung für die Tränkung sehr schmaler Risse besonders geeignet. Bei trockenen, breiten Rissen sind hohe Füllgrade erzielbar. Im Gegensatz zur Tränkung wird mit der Injektion (I) die vollständige Füllung eines Risses angestrebt. Eingebracht wird der Füllstoff unter Druck mit Hilfe von Einfüllstutzen, so genannten Packern. Gebräuchlich sind Bohrpacker und Klebepacker. Die Bohrpacker benötigen ein Bohrloch, das unter einem Winkel von 45° angelegt wird und den Riss kreuzen muss, siehe Bild 6.2. Bohrpacker werden für höhere Drücke verwendet und sind mit einem Rückschlagventil ausgerüstet. Klebepacker werden mittels einer Platte über dem Riss auf das Bauteil geklebt. Nach dem Setzen der Packer wird der Riss vollständig verdämmt, wozu meist schnell abbindende Reaktionsharzmassen verwendet werden. Beim Injizieren an geneigten Bauteilen wird grundsätzlich von unten nach oben vorgegangen. Am obersten Punkt muss eine Entlüftungsöffnung vorhanden sein. Sobald der Füllstoff am nächst höheren Einfüllstutzen austritt, wird die Injektion dort fortgesetzt. Unabhängig vom Füllgut sollte innerhalb seiner Verarbeitbarkeitszeit eine Nachinjektion vorgenommen werden.

6

160

6 Rissfüllstoffe

6 Bild 6.2: Anordnung der Packer nach RL-SIB /DAfStb01/

Da mit niedrigerem Druck über längere Zeit ein höherer Rissfüllgrad erreicht werden kann als mit hohem Druck über kurze Zeit, haben sich auch so genannte Ballon- und FederdruckPacker bewährt. Ballonpacker können über einen expandierenden Gummischlauch einen Druck von ~3 bar aufbauen, während Federdruck-Packer über eine vorgespannte Feder einen Druck von ~0,6 bar erzeugen. Bei entsprechend langer Verarbeitungszeit können mit letzterem Verfahren Injektionstiefen von 0,5 m bei etwa 0,2 mm Rissbreite erreicht werden. Gebräuchliche Hochdruckinjektionsgeräte sind Membran- oder Kolbenpumpen, dabei kann es sich um einkomponentige (1-K) oder zweikomponentige (2-K) Anlagen handeln. Bei 2-KAnlagen werden die beiden Komponenten des Füllgutes getrennt bis zu einem am Einfüllstutzen unmittelbar anschließbaren Mischkopf geführt und dort über einen statischen Mischer gemischt. Bei 1-K-Anlagen wird das fertig gemischte Füllgut in den Vorratsbehälter des Injektionsgerätes gefüllt und verarbeitet. Dabei ist zum störungsfreien Ablauf der Injektion vor allem die temperaturabhängige Verarbeitbarkeitsdauer zu beachten. Bei den Niedrigdruckverfahren handelt es sich i. d. R. um 1-K-Anlagen. Die Vor- und Nachteile der 1- bzw. 2-KAnlagen sind in Tabelle 6.2 dargestellt. Bild 6.3 zeigt beispielhaft die Injektion einer undichten Wasserundurchlässigen(WU)Betonplatte. Zur Abdichtung des kompletten Trennrisses mit Injektionsstoff wurden die Bohrungen so hergestellt, dass das Bohrloch den Riss in einer Tiefe von ca. 2/3 der Sohlendicke kreuzt. Der wechselseitige Abstand der Bohrlöcher betrug etwa 30 cm. Anhand von Spülungen mit Wasser wurde festgestellt, dass die Risse über die Bohrlöcher gut verbunden sind. Vor der Montage und zu Beginn der Injektionsarbeiten wurden die Risse nochmals über die Bohrlöcher mit Druckluft ausgeblasen. Für die Verpressung wurden lange Packer gesetzt, um die Risse aus der Tiefe heraus zu befüllen /App02/.

161

6.2 Überblick

Tab. 6.2: Vergleich von 1-K- und 2-K-Anlagen in Anlehnung an /Eße06/

Beurteilungspunkte

1-K-Anlage

2-K-Anlage

Gebindegröße

Max. 1 kg, ganze Gebinde

Beliebig

Verarbeitungsdauer

Relevant

Nicht relevant

Dosiergenauigkeit

Anlagenunabhängig

Überwachung erforderlich

Vorbereitungszeit

Gering

Hoch

Materialwechsel

Leicht möglich

Hoher Aufwand

Arbeitstakte

Pausen nur gebindeweise

Unterbrechung jederzeit

Apparativer Aufwand

Gering

Hoch

Gewicht

Gering

Hoch

Handling

Leichter

Schwerfällig

Wartungsaufwand

Gering

Hoch

Entsorgung

Zahlreiche Leergebinde, Füllgutreste

Wenig Leergut, Füllgutreste

6

Bild 6.3: Injektion einer WU-Betonplatte mittels Bohrpacker /App02/

Ein anderes Beispiel ist in Bild 6.4 dargestellt. In diesem Fall liegen Verbundstörungen zwischen Estrich und Betonuntergrund vor. Teilweise stand Wasser in den Bereichen an, es herrschte jedoch kein Wasserdruck. Je nach Wasserbelastung wurde ein Tränkungs- oder Niederdruckinjektionsverfahren angewandt. Das Wasser wurde vor der Injektion so weit wie möglich abgesaugt. Die Tränkung erfolgte ausschließlich in den Bereichen, in denen nur feuchte Hohlräume festgestellt wurden. Die Injektion mit Niederdruck wurde so lange durchgeführt, bis aus den vorhandenen Entlüftungsbohrungen das Füllgut austrat. Eine Nachverpressung wurde durchgeführt, nachdem sich der Füllstand in den Entlüftungsbohrungen abgesenkt hatte. Bei den zu tränkenden Bereichen wurde gleichermaßen verfahren /App02/.

162

6 Rissfüllstoffe

Bild 6.4: Links: Verfüllen einer feuchten Hohlstelle durch Tränkung. Rechts: Verfüllen einer nassen Hohlstelle durch Injektion nach /App02/

6

6.2.2 Anwendungsbereiche nach EN 1504-5 und RL-SIB 6.2.2.1 Anwendungsbereiche der Rissfüllstoffe nach EN 1504-5 Die Injektion bzw. Tränkung kann nach EN V 1504-9 für zwei Prinzipien angewendet werden (Tabelle 6.3). Tab. 6.3: Anwendungsbereiche nach EN 1504-5:2004 Prinzip Nr.

Prinzip und seine Definition

Auf diesem Prinzip basierende Methode

Prinzip 1 (IP: Ingress Protection)

Schutz gegen das Eindringen von Stoffen

1.5 Rissversiegelung (Füllen von Rissen)

Prinzip 4 (Structural Strengthening)

Verstärkung

Verhinderung des Eindringens von korrosionsfördernden Stoffen (z. B. Wasser, sonstige Flüssigkeiten, Dampf, Gas, Chemikalien) und biologischen Lebensformen Erhöhung oder Wiederherstellung der Tragfähigkeit eines Bauteils des Betontragwerks

4.5 Injizieren in Risse, Hohlräume oder Fehlstellen 4.6 Verfüllen von Rissen, Hohlräumen oder Fehlstellen (drucklose Behandlung)

6.2 Überblick

163

Zusätzlich zum kraftschlüssigen (Kategorie F) bzw. dehnbaren Füllen (Kategorie D) von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen in Beton wird in der EN 1504-5:2004 das quellfähige Füllen (Kategorie S) von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen in Beton berücksichtigt. Beim quellfähigen Füllen sind die Rissfüllstoffe (Gele) in der Lage, durch Wasseradsorption zu quellen. Rissfüllstoffe werden nach EN 1504-5:2004 wie folgt klassifiziert:

• • • • • • •

Kategorie F: Rissfüllstoffe für kraftschlüssiges Füllen: o F1 Haftzugfestigkeit > 2 N/mm² o F2 Haftzugfestigkeit > 0,6 N/mm² (nur für Hohlräume und Fehlstellen) Kategorie D: Rissfüllstoffe für dehnbares Füllen: o D1 wasserdicht bei 2 · 105 Pa o D2 wasserdicht bei 7 · 105 Pa (für besondere Anwendungen) Kategorie S: Rissfüllstoffe für quellfähiges Füllen: o S1 wasserdicht bei 2 · 105 Pa o S2 wasserdicht bei 7 · 105 Pa (für besondere Anwendungen) Einteilung in Mindest-Rissbreitenklassen: 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8 mm Klassen für den Feuchtegehalt im Riss: 1 trocken, 2 feucht, 3 nass, 4 mit Wasser gefüllt Mindest- und Höchsttemperatur bei Anwendung Rissbreitenänderungen: o (1) Risse, die während der Erhärtung des Füllgutes tägliche Rissbreitenänderungen von mehr als 10 % oder 0,03 mm erfahren o (0) Risse, die während der Erhärtung des Füllgutes keine täglichen Rissbreitenänderungen oder nur weniger als 10 % oder 0,03 mm erfahren

6.2.2.2 Anwendungsbereiche der Rissfüllstoffe nach RL-SIB Tabelle 6.4 fasst die Möglichkeiten von Injektionsmaßnahmen in Abhängigkeit vom Anwendungsziel und Feuchtezustand des Rissbereiches zusammen. Eine detaillierte Beschreibung der Feuchtezustände erfolgt in Tabelle 2.5 (Abschnitt 2.4.3). Tabelle 6.4 enthält keine Angaben zu Acrylatgelen, da diese in der RL-SIB in der Fassung von 2001 /DAfStb01/ nicht geregelt sind.

6

164

6 Rissfüllstoffe

Tab. 6.4: Anwendungsbereiche der Rissfüllstoffe nach /DAfStb01/ (Abkürzungen: EP: Epoxidharz, PUR: Polyurethan, ZL: Zementleim, ZS: Zementleimsuspension, I: Injektion, T: Tränkung) Feuchtezustand der Füllbereiche trocken 1 Anwendungsziel Schließen durch Tränkung

Schließen und Abdichten durch Injektion

Begrenzt dehnfähiges Verbinden Kraftschlüssiges Verbinden

6

feucht

„drucklos” wasserführend

„unter Druck” wasserführend 2

zulässige Maßnahmen EP - T ZL - T

ZL - T

ZS - T

ZS - T

EP - I PUR - I

PUR - I

PUR - I

PUR - I

ZL - I

ZL - I

ZL - I

ZL - I

ZS – I

ZS - I

ZS - I

ZS - I

PUR - I

PUR - I

PUR - I

PUR – I

ZL - I

ZL - I

ZL - I

ZL - I

ZS - I

ZS - I

ZS - I

ZS - I

EP - I

1

Flanken von Rissen und innere Oberflächen von Hohlräumen müssen ggf. gemäß Angaben zur Ausführung vorgenässt werden 2 Zusammen mit Maßnahmen zur Druckminderung (z. B. Entlastungsbohrungen, Wasserhaltung) und rückseitigem Abdichten

6.2.3 Anforderungen nach EN 1504-5:2004 Generell müssen Rissfüllstoffe folgende Eigenschaften aufweisen:

• • • • • •

Ausreichende Mischungsstabilität (vor allem bei Zementleimen und -suspensionen) Niedrige Viskosität, um auch in enge Risse einzudringen Ausreichend hohe Verarbeitungszeit, auch bei extremen Temperaturen Geringes Schwinden bzw. Schrumpfen (bei Harzen) Gute Haftung am Beton Ausreichende Zug- und Druckfestigkeit

Darüber hinaus gibt es spezifische Anforderungen an die verschiedenen Rissfüllstoffe. Für Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5 wird neben den europäischen Prüfungen insbesondere der Nachweis der Eigenschaften „dehnungsabhängige Dichtheit unter dynamischer Beanspruchung“, „Erhärten unter dynamischer Beanspruchung“ und „Korrosionsverhalten“ in der nationalen Restnorm DIN V 18 028:2006-6 geregelt. Ergänzend werden in der DIN V 18 028:2006-6 Festlegungen für Polyurethanschaum (SPUR) getroffen. Wie bereits erwähnt werden quellfähige Stoffe nach DIN EN 1504-5 nicht in der Anwendungsnorm DIN V 18028:2006-6 berücksichtigt, da diese im Anwendungsbereich der RL-SIB nicht geregelt sind.

6.3 Epoxidharze

165

Der Hersteller muss für Rissfüllstoffe die in den Tabellen 11.6 und 11.7 (Anhang) aufgeführten Identitätsprüfungen vornehmen. Die in den Tabellen genannten Identitätsprüfungen nach DIN V 18 028:2006-06 entsprechen der DIN EN 1504-5:2004. Zusätzlich beinhaltet die DIN EN 1504-5:2004 nur noch die Bestimmung der Festigkeitseigenschaften quellfähiger Rissfüllstoffe. Hinsichtlich der Leistungsanforderungen wird zwischen kraftschlüssigem, dehnfähigem und quellfähigem Füllen unterschieden. Die in den Tabellen 11.8, 11.9 und 11.10 (Anhang) beschriebenen Leistungsmerkmale sind mit den genannten Prüfverfahren vom Hersteller durchzuführen. Da die quellfähigen Rissfüllstoffe nicht in DIN V 18028:2006-06 geregelt sind, wurde die Tabelle 11.10 der DIN EN 1504-5:2004 entnommen. Rissfüllstoffe zum Schließen durch Tränkung müssen den Anforderungen nach Tabelle 11.8 genügen, Rissfüllstoffe zum Schließen und Abdichten durch Injektion den Anforderungen nach Tabelle 11.8 bzw. 11.9. Die Prüfverfahren werden in Kapitel 9 detailliert beschrieben.

6.3 Epoxidharze 6.3.1 Allgemeines Der generelle Aufbau sowie die allgemeinen Eigenschaften von Epoxidharzen sind im Abschnitt 4.3.2 ausführlich erläutert. Somit wird im folgenden Abschnitt nur noch auf die spezifischen Eigenschaften der Injektionsstoffe eingegangen. Genormte Prüfmethoden zur Bestimmung der im nachfolgenden beschriebenen charakteristischen Kenngrößen und Eigenschaften sind im Kapitel 9 dargestellt. Prüfmethoden die nicht genormt sind werden in den jeweiligen Abschnitten erläutert.

6.3.2 Zusammensetzung Entsprechend der baupraktischen Anwendungstemperaturen können für das Füllen von Rissen und Hohlräumen nur kalthärtende Reaktionsharze mit niedriger Viskosität eingesetzt werden. Epoxidharze werden üblicherweise zweikomponentig angeboten. Die Stammkomponente Harz der auf dem Markt befindlichen Injektionsharzsysteme ist überwiegend auf Bisphenol A aufgebaut. Übliche Injektionsharze auf Bisphenol-A-Basis weisen eine Dichte zwischen rund 1,11 und 1,14 g/cm³ auf. Die Viskosität des Harzes hängt wesentlich vom mittleren Molekulargewicht ab. Sie kann zwar durch Lösemittel oder Reaktivverdünner erniedrigt werden, da Lösemittel jedoch im Riss nicht ausreichend verdampfen können, sind sie für Harze zum Füllen von Rissen nicht zulässig. Somit werden Harze mit einem niedrigen Molekulargewicht gewählt. Das Epoxidäquivalent gibt an, wie viel Mol reaktiver Epoxidgruppen 100 g der Stammkomponente enthalten. Aus dem Verhältnis zur Aminzahl des Härters ergibt sich das stöchiometrische Mischungsverhältnis. Die Epoxidäquivalente der Harze liegen gewöhnlich zwischen 130 und 170 M.-%. Die Härter handelsüblicher Injektionsharzsysteme sind überwiegend auf der Basis von IPD (Isophorondiamin) aufgebaut. Durch die Aminzahl des Härters wird die Reaktivität des Aminhärters charakterisiert. Handelsübliche Härter weisen Aminzahlen zwischen 500 mg KOH/g und 800 mg KOH/g auf. Die Dichte der Härter liegt zwischen rund 0,9 und 1,1 g/cm³

6

166

6 Rissfüllstoffe

6.3.3 Eigenschaften 6.3.3.1 Eigenschaften der flüssigen Injektionsharze Die Anfangsviskosität von Epoxidharzen zur Rissinjektion liegt bei 15 °C in der Regel zwischen 100 und 500 mPas. Bild 6.5 zeigt exemplarisch den Viskositätsanstieg eines Epoxidharzes in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit unter isothermen Bedingungen. Mit abnehmenden Temperaturen steigt zwar die Viskosität, der Viskositätsanstieg wird jedoch verzögert. Viskosität

6

Bild 6.5: Viskositätsanstieg eines Epoxidharzes bei 8 °C, 15 °C und 23 °C unter isothermen Bedingungen /Sas90/

Die Temperatur in einem angemischten Gebinde steigt mit dem Reaktionsverlauf nach Ablauf einer Initialzeit stark an, da die durch die Reaktion entstehende Wärme nicht abgeführt werden kann (Bild 6.6). Nach Ablauf einer Gebindeverarbeitungszeit, die in Abhängigkeit vom Temperaturanstieg definiert ist, darf nicht mehr injiziert werden. Tabelle 6.5 gibt eine Übersicht über Gebindeverarbeitungszeiten in Abhängigkeit von der Temperatur. Aufgrund ihrer Charakteristik in Bezug auf Viskosität, Benetzungsvermögen und Oberflächenspannung können Epoxidharze in durchgehenden Poren des Betons eindringen sowie aufsteigen. Dieses kapillare Steigvermögen unterstützt das Eindringen von Epoxidharz in kleinste Spalten und Risse. Untersucht wurde das in Bild 6.7 dargestellte kapillare Steigvermögen unterschiedlicher Epoxidharze zwischen zwei geätzten Glasplatten (Profiltiefe etwa 35 μm).

167

6.3 Epoxidharze

Tab. 6.5: Gebindeverarbeitungszeit in Abhängigkeit von der Temperatur Temperatur

Gebindeverarbeitungszeit (1 kg)

°C

min

+ 23

20–60

+ 15

30–90

+8

40–180

6

Bild 6.6: Härtungsverlauf eines Epoxidharzes

Die Glasplatten hatten einen keilförmigen Abstand von max. 0,2 bzw. 0,6 mm und minimal 0. Am Fußpunkt standen sie in einer definierten Menge Epoxidharz, während die Steighöhe in Abhängigkeit von der Zeit erfasst wurde. Die untersuchten Epoxidharze drangen in Spalte < 0,02 mm ein (Bild 6.7, Epoxidharz A, B, C). Zwischen den Steighöhen bei Raumtemperatur und tieferen Temperaturen wurde kein wesentlicher Unterschied ermittelt, da die geringere Steiggeschwindigkeit der bei der tieferen Temperatur zäheren Harze durch den langsameren Viskositätsanstieg kompensiert wird. Die kapillare Steighöhe ist nahezu unabhängig von der Viskosität der Epoxidharze. Die aus den Versuchen abgeleitete Oberflächenspannung für eine Spaltbreite von 0,02 mm liegt zwischen 4,5·10-3 und 12·10-3 N/m (Vergleich: Oberflächenspannung von Wasser: 72·103 N/m) /Sas90/.

168

6 Rissfüllstoffe

6 Bild 6.7: Kapillare Steighöhen drei verschiedener Epoxidharze bei + 8 °C und einer Spaltbreite von 0,02 mm /Sas90/

Die hohe Kapillarität des Füllgutes hat zwar den Vorteil, dass feinste Risse, Verästelungen und offene Poren des Betons während der Flüssigphase gefüllt werden, es muss jedoch beachtet werden, dass das aus dem Riss abgewanderte Füllgut noch vor dem Gelieren durch nachinjiziertes Füllgut ersetzt wird. Treten während der Erhärtungsphase Rissbewegungen auf, wird die Abwanderung des Füllgutes in das Kapillarsystem des Betons verstärkt.

6.3.3.2 Eigenschaften der erhärteten Injektionsharze Das mechanische Verhalten von Epoxidharzen wird maßgeblich durch den temperaturabhängigen Vernetzungsgrad bestimmt. Die Glasübergangstemperatur liegt bei vollständig ausgehärteten, handelsüblichen Epoxidharzen über 50 °C /Eße06/. Bild 6.8 zeigt die Spannungsdehnungslinien dreier Epoxidharze nach 2 und 7-tägiger Lagerung bei 23 °C. Die im Zugversuch an schulterstabförmigen Probekörpern ermittelte Zugfestigkeit liegt nach 2 Tagen zwischen etwa 18 und 45 N/mm², während der E-Modul nach 2 Tagen mit ca. 1200 bis 3300 N/mm² angegeben werden kann. Somit liegen die Zugfestigkeiten von Epoxidharzen nach der Aushärtung um ein Vielfaches über der Zugfestigkeit des Betons, die je nach Betonfestigkeitsklasse nach 28 Tagen in der Regel 2,5 bis 5 N/mm² beträgt.

6.3 Epoxidharze

169

6 Bild 6.8: Spannungs-Dehnungs-Linien von drei verschiedenen Epoxidharzen im Zugversuch nach 2 und 7 Tagen Lagerung bei 23 °C /Bou83/

Haftzugversuche zwischen zwei stählernen Platten ergaben bei neun unterschiedlichen Epoxidharzen nach einer Aushärtung über 24 Stunden bei 23 °C ein adhäsives Versagen oberhalb von rund 4 N/mm² /Bou83/. Die Qualität einer kraftschlüssigen Rissverpressung wird somit primär von der Verbundfestigkeit zwischen injiziertem Epoxidharz und Rissufer (Adhäsionsfestigkeit) bestimmt, da die Kohäsionsfestigkeit des ausgehärteten duromeren Füllguts größer als die Betonzugfestigkeit ist. In /Iva90/ wurde der Einfluss von Rissbreitenänderungen auf kraftschlüssig zu verfüllende Risse anhand von großformatigen Versuchsbalken (Länge 2,60 m, Höhe 0,60 m) untersucht. Unter anderem ergaben die Untersuchungen, dass für die vollständige Injizierbarkeit mit Klebepackern eine minimale Rissbreite von w  0,10 mm erforderlich ist. Nicht vollständig gefüllte Risse stellten Schwachstellen dar, die beim Überlastungsversuch überwiegend versagten. Weiterhin bestimmt der Injektionszeitpunkt bezüglich der Tagesrissbreitenänderungen maßgeblich die Injektionsqualität. Zu Beginn der Schließungsphase der Risse beendete Injektionen ergaben gute Füllgrade und einen günstigen Anpressdruck während der Erhärtungsphase. Für Injektionen zu Beginn der Öffnungsphase gilt das Gegenteil. Die verwendeten Klebepacker erwiesen sich bei veränderlichen Rissbreiten im unteren Grenzbereich der Rissbreiten aufgrund der auftretenden Eintrittswiderstände durch das Füllgut als ungünstig. Bohrpacker könnten in diesem Fall aufgrund der besseren Verteilung des Füllgutes im die Rissebene kreuzenden Bohrloch geeigneter sein. Zahlreiche Untersuchungen wurden zum Einfluss der Rissfeuchte auf das kraftschlüssige Injizieren mit Epoxidharzen durchgeführt u. a. /Bou84/, /Sas90/, /Per93/. Boué /Bou84/ und Per-

170

6 Rissfüllstoffe

bix /Per93/ entwickelten die in Bild 6.9 dargestellten Modellvorstellungen zum Verhalten von Reaktionsharzen bei der Injektion wasserführender Risse. Demnach ist je nach Oberflächenspannung und hydrophilen Eigenschaften der Harzformulierung entweder von der Verdrängung des Wassers in den Beton (Fall a) oder, bei Verwendung von Harzen mit höheren Adsorptionskräften zum Beton, von einem weitgehenden Wassertransport aus dem Riss auszugehen (Fall b).

6

Bild 6.9: Modellvorstellung zum Verhalten des Epoxidharzes bei der Injektion wasserführender Risse /Bou84/, /Per93/

Vermengt sich das eindringende Füllgut mit dem Wasser im Riss (Fall c), so führt dieser Effekt zu Störungen des Vernetzungsprozesses im Reaktionsharzgemisch. Perbix /Per93/ ergänzt das Modell um die Darstellung eines (unter Druck) wasserführenden Risses (Fall d). An der Harzfront und an den Rissflanken bildet sich aufgrund des größeren Wasserangebotes mit

6.3 Epoxidharze

171

hoher Wahrscheinlichkeit ein Wasser-Harz-Gemisch, während das Harz im Kernbereich eher unvermengt bleibt. Die rissfüllende, injizierte Harzmatrix wird somit inhomogen. Die Wasseraufnahme des frischen Harzgemisches wirkt sich vor allem auf die thermomechanischen Eigenschaften des polymeren Füllgutes aus. Zugversuche sowie Härtemessungen bei Raumtemperatur dokumentieren den festigkeits- und steifigkeitsmindernden Einfluss der Feuchtebeaufschlagung auf das Tragverhalten der Epoxidharze, was insbesondere mit der Reduzierung der Glasübergangstemperatur begründbar ist /Per93/. Bei der Beurteilung bislang durchgeführter Versuche zur Feuchteverträglichkeit von Epoxidharzen wird deutlich, dass die Eigenschaften handelsüblicher Epoxidharze durch Feuchte i. d. R. verschlechtert werden. Bei den Untersuchungen in /Per93/ wurden neben einem handelsüblichen Epoxidharz (EP 1) vier weitere Produkte untersucht, die laut Hersteller speziell für den Anwendungsfall des kraftschlüssigen Verbindens nasser Rissflanken geeignet sind. Zwei dieser Epoxidharze erreichten unabhängig vom Wasserangebot im Riss die Betonzugfestigkeit, während beim EP 1 mit zunehmender Wasserbelastung abnehmende Verbundfestigkeiten zwischen Harz und Beton ermittelt wurden (Bild 6.10). In morphologischen Untersuchungen zeigten sich Fehlstellen zwischen Rissflankenoberfläche und Harz.

6

Bild 6.10: Haftzugfestigkeiten injizierter Prismen bezogen auf die Betonzugfestigkeit (Mittelwert ßz = 3,5 N/mm²) /Per93/

172

6 Rissfüllstoffe

6.3.4 Anwendungsbereiche

6

Entsprechend den im vorherigen Abschnitt dargestellten Eigenschaften von Epoxidharzen zur Rissverpressung eignen sich Epoxidharze zum kraftschlüssigen Verbinden und zum Verschließen von trockenen Rissen. Bei Standardbetonen und einer ordnungsgemäßen Rissinjektion wird die Zugfestigkeit des Epoxidharzes gewöhnlich nicht ausgenutzt, da zuvor ein Adhäsionsoder Betonversagen eintritt. Bei hochfesten Betonen sind Epoxidharze mit ausreichender Zugfestigkeit zu wählen und ggf. Haftzugversuche an den vorliegenden Materialien durchzuführen. Entsprechend RL-SIB /DAfStb01/ soll die Rissbreite w  0,10 mm sein. Die dargestellten Untersuchungen erlauben den Rückschluss, dass auch das Injizieren bei geringeren Rissbreiten möglich ist, allerdings sollten hierzu an den vorliegenden Materialien Vorversuche zum Füllgrad des Risses und zur Zugfestigkeit des injizierten Bereiches durchgeführt werden. Nach RL-SIB sollen die maximalen kurzzeitigen Rissbreitenänderungen während der Erhärtungsphase Δw  0,10 w oder Δw  0,03 mm sein. Hierbei ist der kleinere von beiden Werten maßgebend. Die maximalen täglichen Rissbreitenänderungen sind von der Festigkeitsentwicklung des Epoxidharzes abhängig. Zum kraftschlüssigen Verbinden muss die Zugbelastung geringer sein als die Zugfestigkeit des Betons sowie des Epoxidharzes. Da die Aushärtungszeit der Epoxidharze mit abnehmender Temperatur steigt, wird in der RLSIB eine minimale Anwendungstemperatur von 8 °C angegeben. In jedem Fall müssen die Angaben der technischen Merkblätter des Produktes hinsichtlich minimaler und maximaler Anwendungstemperatur (häufig zwischen 8 und 30 °C) beachtet werden. Unter Anwendungstemperatur kann sowohl die Luft- als auch die Untergrundtemperatur verstanden werden.

6.3.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Gewöhnlich werden die Komponenten Harz und Härter im abgestimmten Mischungsverhältnis geliefert. Der Härter wird restlos in die aufgerührte Harzkomponente gegeben und mit einem langsam laufenden Rührwerk gründlich mehrere Minuten durchmischt. Die Angaben des technischen Merkblattes sind zu beachten. Die Einzelkomponenten sollten beim Mischen Raumtemperatur (mindestens 15 °C) aufweisen. Abweichungen von den stöchiometrisch abgestimmten Mischungsverhältnissen zwischen Harz- und Härterkomponenten führen zu verschlechterten Eigenschaften (Bild 6.11). Die Glasübergangstemperatur sinkt signifikant ab. Auch am ausgehärteten System ist ein Fehler im Mischungsverhältnis anhand der verringerten Glasübergangstemperatur sowie der Bestimmung des Härtergehaltes mittels Stickstoff-Analyse nachweisbar. Beim Einsatz am Bauwerk ist darauf zu achten, dass die Rissflanken trocken und frei von losen Bestandteilen sowie Verunreinigungen sind (vergleiche Tabelle 2.5, Abschnitt 2.4.3). Das Injektionsharz sollte nicht mit Wasser in Kontakt kommen. Des Weiteren sind die im technischen Merkblatt angegebenen Temperaturen für den Untergrund und die Gebinde einzuhalten. Die Injektion erfolgt entsprechend Abschnitt 6.2.1. Sofern nicht anders vereinbart, sind allseitig zugängliche Risse grundsätzlich allseitig zu verdämmen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden für die Epoxidharzinjektion häufig geklebte Einfüllstutzen verwendet. Bohrpacker kommen bei großen Risstiefen und hohen Drücken zum Einsatz. Die Injektion wird in der Regel mit einkomponentig fördernden Anlagen ausgeführt. Grundsätzlich wird von unten nach oben oder in einer Richtung solange von einem Packer aus injiziert, bis beim nächsten Packer Harz austritt. Da das Harz während der Injektion durch Druck und Kapillarwirkung zeitver-

6.4 Polyurethane

173

6 Bild 6.11: Festigkeitsentwicklung eines EP mit zwei unterschiedlichen Mischungsverhältnissen /Sas90/

setzt in die feinsten Verästelungen der Risse tritt und zusätzlich Verluste durch Undichtheit der Packer sowie Verdämmung eintreten können, ist zur vollständigen Füllung der Risse immer eine Nachinjektion erforderlich. Sie soll zum Ende der Gebindeverarbeitungszeit, jedoch vor dem Gelieren des Harzes, erfolgen. Es muss an sämtlichen Packern rechtzeitig nachinjiziert werden. Nach RL-SIB sollen mindestens 80 % der Risse mit Breiten > 0,1 mm bzw. Hohlräume mit dem Füllgut gefüllt werden. Am Bauwerk kann dies nur zerstörend durch die Entnahme von Bohrkernen überprüft werden. Einen gewissen Anhaltswert stellt die für einen bestimmten Bereich benötigte Epoxidharzmenge dar. Tritt in einem mit Epoxidharz behandelten Riss erneut ein Riss auf, so ist ein wiederholtes Injizieren mit Epoxidharz i. d. R. nicht möglich.

6.4 Polyurethane 6.4.1 Allgemeines Der generelle Aufbau sowie die allgemeinen Eigenschaften von Polyurethanen sind im Abschnitt 4.3.3 ausführlich erläutert. Somit wird im folgenden Abschnitt nur noch auf die spezifischen Eigenschaften der Injektionsstoffe eingegangen. Die Prüfmethoden zur Bestimmung der nachfolgend beschriebenen charakteristischen Kenngrößen und Eigenschaften sind im Kapitel 9 dargestellt.

174

6 Rissfüllstoffe

6.4.2 Zusammensetzung Die eingesetzten Polyurethane bestehen aus Polyisocyanaten (Härterkomponente, Komponente B), Polyolen als Bindemittel (Stammkomponente, Komponente A) und Zusatzstoffen. Der organische Rest wirkt sich auf das Molekulargewicht und die elastischen Eigenschaften aus. Übliche Dichten der Komponente A und Komponente B sind in Tabelle 6.6 angeben. Ein mit hohem Isocyanatüberschuss appliziertes PUR reagiert sekundenschnell zum sog. „Sekundenschaum“, dem SPUR. Beim Abdichten von unter Druck wasserführenden Rissen wird diese schnelle Reaktivität zum temporären Wasserstoppen genutzt. Das SPUR zum Füllen von Rissen ist in der Regel zweikomponentig, wird aber auch einkomponentig angeboten. Beim einkomponentigen Produkt reagieren die Isocyanate mit Wasser.

6.4.3 Eigenschaften 6.4.3.1 Eigenschaften der flüssigen Injektionsharze

6

Die Anfangsviskositäten der Polyurethane im Sinne der ZTV-RISS sind direkt nach dem Anmischen mit denen der Epoxidharze vergleichbar, sie liegen bei Temperaturen von 15 °C zwischen 160 und 560 mPa s. Im Allgemeinen ist die Anfangsviskosität bei höheren Füllguttemperaturen niedriger. Bild 6.12 gibt einen Überblick über den Viskositätsanstieg und den zugehörigen Temperaturverlauf bei freier Temperaturentwicklung im 1-kg-Gebinde /Eße06/. Viskosität

Bild 6.12: Viskositätsanstieg und zugehöriger Temperaturverlauf von Poylurethanen bei freier Temperaturentwicklung im 1-kg-Gebinde (Luft- und Ausgangstemperatur des Füllguts 18 °C) /Eße06/

Ein Vergleich von Bild 6.6 mit Bild 6.12 verdeutlicht, dass der exotherme Verlauf der Reaktionstemperaturen bei Polyurethanen nicht so ausgeprägt ist wie bei Epoxidharzen. Somit orientiert man sich zur Festlegung der Verarbeitungszeit von Polyurethanen an die Dauer bis zum Erreichen der 1000-mPa·s-Viskositätsgrenze unter isothermen Bedingungen. Tabelle 6.6 gibt

175

6.4 Polyurethane

Kennwerte und Füllguteigenschaften von Polyurethanen in der Flüssigphase an (die Materialien in Bild 6.12 und Tabelle 6.6 sind gleich). Tab. 6.6: Kennwerte und Füllguteigenschaften von Polyurethanen in der Flüssigphase nach Herstellerangaben /Eße06/

Dichte (23 °C)

PUR A

PUR B

PUR C

PUR D

PUR E

PUR F

[g/cm³]

Komponente

A

0,949

0,938

0,978

1,04

0,976

0,977

Komponente

B

1,182

1,159

1,226

1,18

1,120

1,138

dynamische

8 [°C]

598

628

265

837

425

579

Viskosität

15 [°C]

352

377

165

563

272

364

[mPa·s]

23 [°C]

207

225

105

417

180

235

Viskositätsanstieg

8 [°C]

23

20

107

12

46

39

auf 1000 [mPa·s]

15 [°C]

42

36

119

25

58

52

Dauer [min]

23 [°C]

47

41

111

28

63

65

Viskositätsanstieg

Dauer

bei 23 °C auf

[min]

26

24

73

-

32

78

max T

47

46

42

-

50

34

6

1000 [mPa·s]; freie Temperaturentwicklung 1-kg-Gebinde

[°C]

Die 1000-mPa·s-Viskositätsgrenze dient nur als grobe Orientierungshilfe. Der Kurvenverlauf und die Dauer bis zum Erreichen des Temperaturmaximums sollten bekannt sein. Eine absolute Grenze der Injizierfähigkeit eines Füllgutes in Abhängigkeit von der zu füllende Rissbreite kann experimentell durch Injektionsversuche festgelegt werden.

6.4.3.2 Eigenschaften der erhärteten Injektionsharze PUR bindet Wasser in den chemischen Härtungsprozess ein, indem Isocyanat mit Wasser reagiert und dabei Kohlendioxid abspaltet. Durch das entweichende Gas bilden sich Poren im PUR. Dadurch steigt die Kompressibilität, und das Querdehnungsverhalten wird zu Gunsten der Dehnfähigkeit verbessert. Gleichzeitig erfolgt bei freier Entwicklung eine Volumenvergrößerung. Zugversuche an reinen Materialproben, z. B. Schulterstäben aus Polyurethan, geben keine Aussage über das Materialverhalten im Riss, da hierbei die Behinderung der Querkontraktion sowie die Reproduktion des wirklichkeitsnahen Wasserangebots im Riss unbeachtet bleiben. Zusätzlich bleiben Fragen hinsichtlich einer ausreichenden Mischungsstabilität des Polyurethans in der Flüssigphase offen. So könnten Bestandteile vor der vollständigen chemischen Reaktion aufgrund von Kapillarkräften und Diffusion in den Beton abwandern. Um das Verhalten von Polyurethan im Riss hinsichtlich Zugfestigkeit und Dehnfähigkeit zu prüfen, wurde ein so genannter Kleinprüfkörper entwickelt. Die dehnungsabhängige Dichtheit

176

6 Rissfüllstoffe

unter praxisnahen Bedingungen wurde an Stahlbetonbalken untersucht. Die Versuchsaufbauten sind unter anderem in der RL-SIB beschrieben /DAfStb01/ und werden im Folgenden mit einigen Untersuchungsergebnissen kurz dargestellt. Kleinprüfkörper Die Kleinprüfkörper sind würfelförmige Prüfkörper (a = 150 mm) aus Beton in Verbund mit einem Stahlrahmen. An diesen wird ein Trennriss erzeugt und die Rissbreite definiert eingestellt. Dieser Riss wird auf der Betonoberfläche mit einem Moosgummistreifen und angezogener Stahlmanschette verdämmt, so dass anschließend über den mittleren der drei einbetonierten Einfüllstutzen mit praxisgerechtem Injektionsdruck injiziert werden kann. In die Einfüllstutzen werden jeweils vor dem Einsetzen in den Frischbeton Stahlstifte eingelassen, die die spätere Rissebene durchkreuzen. Nach der Betonerhärtung werden die Stahlstifte entfernt und hinterlassen einen freien Kanal mit einem Durchmesser von 2 mm als Verbindung zum Riss. Der zweite Einfüllstutzen dient zur Entlüftung, während über den dritten Einfüllstutzen der Injektionsdruck mit einem Absolutdruckaufnehmer gemessen wird. Die Feuchtezustände werden zwischen wassergefüllt, feucht und trocken variiert. Das PUR härtet mindestens sieben Tage im Riss aus und wird anschließend in einem weggesteuerten Zugversuch mit 0,1 mm/min belastet, die Krafteinleitung erfolgt über Kardangelenke. Die aufnehmbare Kraft und zugehörige Wegänderung werden kontinuierlich erfasst. Nach dem Zugversuch erfolgt die Untersuchung der Bruchflächen, wobei der jeweilige Anteil der Adhäsionsfläche bzw. Kohäsionsfläche zu erfassen ist. Bild 6.13 zeigt den Aufbau des Kleinprüfkörpers und den Zugversuch.

6

Bild 6.13: Aufbau des Kleinprüfkörpers und Zugversuch /DAfStb01/

In Bild 6.14 ist der Einfluss der Rissbreite w0 auf die Zugfestigkeit exemplarisch für zwei Produkte dargestellt. Die Produktbezeichnung entspricht den Angaben in Tabelle 6.6. Die Zugfestigkeit des Verbundkörpers mit dem Produkt E ist in etwa doppelt so hoch wie die des Körpers mit Produkt C. Mit zunehmender Rissbreite nimmt die Zugfestigkeit unabhängig vom

6.4 Polyurethane

177

Feuchtezustand während der Injektion ab. Tendenziell ist die Zugfestigkeit von PUR injiziert in trockene Risse etwas höher als bei den Polyurethanen, die mit Wasser Kontakt hatten. Systematische Unterschiede zwischen den Feuchtezuständen sind nicht erkennbar.

6 Bild 6.14: PUR-Kleinprüfkörper: Einfluss der Rissbreite w0 auf die Zugfestigkeit /Eße06/

Die zur jeweils maximal ertragenen Zugspannung gehörenden Dehnungen sind in Bild 6.15 dargestellt. Zusätzlich sind in Bild 6.15 die zugehörigen maximal ertragenen Rissbreitenänderungen zusammengefasst. Die Probekörper mit Produkt E zeigen vielfach höhere Dehnungen als die mit Produkt C. Zusätzlich ist beim Produkt E hinsichtlich des Dehnvermögens ein deutlicher Einfluss des Feuchtezustandes zu erkennen. In Bild 6.16 ist die Art des Versagens der PUR-Kleinprüfkörper anhand der Bruchflächenanteile für Adhäsions- und Kohäsionsversagen dargestellt. Adhäsionsbrüche überwiegen deutlich bei einem Wasserangebot im Riss. Bei Polyurethan ohne Wasserberührung versagt vorwiegend das Füllgut, es treten Kohäsionsbrüche auf. Stahlbetonbalken Der Stahlbetonbalken ist in Bild 6.17 dargestellt. Er ist 3 m lang und 80 cm hoch. In den taillierten Balken sind Druckschläuche auf verschiedenen Höhenlagen mittig angeordnet, über die Wasser unter Druck eingeleitet werden kann. Sie dienen zunächst zur Regulierung des Feuchtezustandes in den Rissen bei der Injektion. Die Balken werden im Vier-Punkt-Biegeversuch weggesteuert solange auf Biegung beansprucht, bis fünf ca. 60 cm hohe Risse mit Rissbreiten von mindestens w = 0,3 mm in Höhe der unteren Bewehrungslage entstehen. Vom ersten Balken werden drei Risse mit PUR bei feuchten Rissufern und 18 °C Bauteil- und Umgebungstemperatur über einen in ca. halber Risshöhe angeordneten Einfüllstutzen gefüllt, die restlichen Risse bei trockenen Rissufern und 5 °C. Die Risse eines zweiten Balkens sind unter Druck wasserführend, dementsprechend wird zuerst mit SPUR über den der Wasserquelle am nächstgelegenen Einfüllstutzen solange injiziert, bis augenscheinlich der Wasserfluss soweit reduziert ist, dass das über die weiteren Einfüllstutzen zu injizierende PUR nicht herausgespült wird.

178

6 Rissfüllstoffe

6

Bild 6.15: PUR-Kleinprüfkörper: Oben: Einfluss der Rissbreite w0 auf die Dehnung; Unten: Einfluss der Rissbreite w0 auf die ertragene Rissbreitenänderung /Eße06/

6.4 Polyurethane

179

6

Bild 6.16: PUR-Kleinprüfkörper: Bruchflächenanteile bei Adhäsions- und Kohäsionsversagen /Eße06/

Nach einer Erhärtungszeit von mindestens drei Tagen beginnt der Belastungsversuch unter Dichtheitskontrolle bei 15 °C Prüftemperatur. Der Balken wird weggesteuert stufenweise belastet, dementsprechend vergrößern sich die Rissbreiten. Je Laststufe werden zudem 50 Lastwechsel zwischen einer zugehörigen Ober- und einer Unterlast von ca. 10 % der Injektionslast aufgebracht. Gleichzeitig führen alle Druckschläuche Wasser mit einem Überduck von max. 1 bar. Auftretende Undichtigkeiten in Form von Feuchtigkeitsmerkmalen und Wasseraustritt auf der Balkenoberfläche werden markiert, festgehalten und zugehörigen Rissbreitenänderungen zugeordnet. Nach Ende des Versuches, wenn entweder alle Risse überdehnt sind oder keine Laststeigerung mehr möglich ist, werden zur Bestimmung des Füllgrads und der Bruchanalyse über die Risshöhe verteilt Bohrkerne entnommen. Mit diesem Versuchsaufbau wurden von Eßer /Eße06/ umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Folgende Ergebnisse der Untersuchungen wurden von Eßer zusammengefasst:

• •

Alle untersuchten Polyurethane ließen sich in Risse mit Breiten w  0,3 mm unabhängig vom Feuchtezustand injizieren. Bei trockenen und feuchten Rissen war das Füllgut i. d. R. auch in Rissen mit w = 0,1 mm nachweisbar.

180

6 Rissfüllstoffe

6

Bild 6.17: Ansicht und Versuchsaufbau des Stahlbetonbalkens nach RL-SIB /DAfStb01/

• • •

Nachinjiziertes PUR in SPUR lässt sich i. d. R. nur in Rissbereichen von maximal ca. 10 bis 15 cm Radius um die Bohrkanalöffnung nachweisen, das gilt selbst bei nach kurzer Zeit erfolgter Nachinjektion des PUR. Bei Benutzung desselben Bohrkanals für SPUR und PUR wird bei der Nachinjektion vorwiegend das noch vorhandene flüssige SPUR nachgedrückt, das PUR verbleibt im Bohrkanal. Selbst eine Nachinjektion über Einflüllstutzen in separaten Bohrkanälen bewirkt keine vollständige Druchdringung oder gar eine Verdrängung des SPUR durch PUR. Das unter hohem Druck nachinjizierte PUR sucht sich einen Durchdringungsweg mit geringstem Widerstand und erfasst nur Teilbereiche das gesamten zu füllenden Rissquerschnitts.

Auch wenn das PUR bei der Nachinjektion vermutlich keine vollständige Durchdringung des SPUR erreicht, haben Praxiserfahrungen gezeigt, dass durch die zweistufige Vorgehensweise mit SPUR-Vorinjektion bei Druckwasserbeaufschlagung i. d. R. eine dauerhafte Abdichtung erzielt werden kann. Eßer /Eße06/ fasst die Untersuchungen an Kleinprüfkörpern und Stahlbetonbalken hinsichtlich der Dehnfähigkeit wie folgt zusammen: Es kann von einer begrenzt dehnfähigen, dichten Ver-

6.4 Polyurethane

181

bindung der Rissflanken bis zu Rissbreitenänderungen von Δw  0,1 w bei Ausgangsrissbreiten w von 0,3 bis 1 mm ausgegangen werden. Höhere Werte sind im Einzelfall möglich.

6.4.4 Anwendungsbereiche Entsprechend den im vorherigen Abschnitt dargestellten Eigenschaften von Polyurethanen zur Rissverpressung eignen sich zweikomponentige Polyurethane zum dehnfähigen Verbinden trockener, feuchter oder wasserführender Risse. Falls es zu einem Versagen durch zu starke Rissbewegungen kommt, tritt überwiegend ein Adhäsionsversagen zwischen Rissflanken und Polyurethan auf; ggf. erfolgt ein Kohäsionsversagen im Füllgut. Entsprechend RL-SIB /DAfStb01/ soll die Rissbreite w  0,30 mm für begrenzt dehnfähige Verbindungen sein. Für lediglich abdichtende Injektionen sind in Abhängigkeit von der Viskosität auch kleinere Rissbreiten injizierbar. An die kurzzeitigen und täglichen Rissbreitenänderungen während der Erhärtungsphase werden nach RL-SIB keine Anforderungen gestellt. Nach der Erhärtung sind für Ausgangsrissbreiten w  3 mm Rissbreitenänderungen Δw  0,05 w und w  5 mm: Δw  0,1 w gefordert. Risse < 0,3 mm können demnach nur dann dauerhaft abdichtend gefüllt werden, wenn nur sehr kleine Rissbreitenänderungen auftreten. Diese Angaben gelten für mittlere Bauwerkstemperaturen von etwa 15 °C. Die Anwendungsbedingungen der RL-SIB nutzen verglichen mit den zuvor beschriebenen Untersuchungsergebnissen die Leistungsfähigkeit des Materials nicht aus. Die niedrigste Anwendungstemperatur beträgt nach RL-SIB 6 °C. Bei entsprechenden Untersuchungsergebnissen kann die Anwendungstemperatur jedoch reduziert werden. In jedem Fall müssen die Angaben der technischen Merkblätter des Produktes hinsichtlich minimaler und maximaler Anwendungstemperatur (häufig zwischen 8 und 30 °C) beachtet werden. Unter Anwendungstemperatur kann wiederum sowohl die Luft- als auch die Untergrundtemperatur verstanden werden.

6.4.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Gewöhnlich werden die Komponenten Harz und Härter im abgestimmten Mischungsverhältnis geliefert. Der Härter wird restlos in die aufgerührte Harzkomponente gegeben und mit einem langsam laufenden Rührwerk gründlich mehrere Minuten durchmischt. Die Angaben des technischen Merkblattes sind zu beachten. Die Einzelkomponenten sollten beim Mischen Raumtemperatur aufweisen. Beim Einsatz am Bauwerk ist darauf zu achten, dass die Rissflanken frei von losen Bestandteilen sowie Verunreinigungen sind. Die im technischen Merkblatt angegebenen Temperaturen für den Untergrund, die Luft und die Gebinde sind einzuhalten. Die Injektion erfolgt entsprechend Abschnitt 6.2.1. Für die Injektion werden aufgrund der teilweise erforderlichen höheren Injektionsdrücke und der üblichen Ausführung der Arbeiten unter Wassereinwirkung in der Regel Bohrpacker verwendet. Auf eine Verdämmung der Risse kann in diesem Fall meistens verzichtet werden. Bei einem begründeten Einsatz von schnell schäumendem Polyurethan (SPUR) zur vorübergehenden Verminderung des Wasserzulaufs sollte der Einsatz nur auf Rissabschnitte unmittelbar an der Wassereintrittsstelle begrenzt werden. Die Verwendung von SPUR ist auf ein Minimum zu beschränken, um möglichst hohe Füllgrade mit PUR zu erreichen. Die PUR-Injektion soll unmittelbar im Anschluss an die SPUR-Injektion über zusätzliche Bohrpacker erfolgen.

6

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6 Rissfüllstoffe

Grundsätzlich wird wie bei EP-Injektionen von unten nach oben oder in einer Richtung solange von einem Packer aus injiziert, bis beim nächsten Packer Material austritt. Da das Harz während der Injektion durch Druck und Kapillarwirkung zeitversetzt in die feinsten Verästelungen der Risse tritt und zusätzlich Verluste durch Undichtheiten eintreten können, ist zur vollständigen Füllung der Risse immer eine Nachinjektion erforderlich. Sie soll zum Ende der Gebindeverarbeitungszeit, jedoch vor dem Gelieren des Harzes, erfolgen. Es muss an sämtlichen Packern nachinjiziert werden. Nach RL-SIB sollen mindestens 80 % der Risse mit Breiten > 0,1 mm bzw. der Hohlräume mit dem Füllgut gefüllt werden. Am Bauwerk kann dies nur zerstörend durch die Entnahme von Bohrkernen überprüft werden. Tritt in einem mit Polyurethan (ggf. auch Epoxidharz bzw. Zementleim, Zementsuspension) behandelten Riss erneut ein Riss auf, so kann ein wiederholtes Injizieren mit PUR erfolgen.

6.5 Acrylatgele 6.5.1 Allgemeines

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Während Acrylatgele in der RL-SIB /DAfStb01/ zur Rissinjektion im Anwendungsbereich der RL-SIB nicht geregelt sind, besteht nach EN 1504-5 die Möglichkeit, Acrylatgele zur Rissund Hohlraumverpressung als quellfähige Abdichtungsmittel mit CE-Zeichen in den Verkehr zu bringen. Im bauaufsichtlich standsicherheitsrelevanten Bereich dürfen Acrylatgele ohne Zulassung oder Zustimmung im Einzelfall in Deutschland aber nicht angewendet werden. Zurzeit liegen in Deutschland hinsichtlich der Rissverpressung mit Acrylatgelen im Stahlbeton nur wenige von unabhängigen Institutionen durchgeführte Untersuchungen vor, obwohl Acrylatgele in den letzten Jahren zunehmend auch für Rissinjektionen in Stahlbetonbauwerken angewendet werden. Der generelle Aufbau, die allgemeinen Eigenschaften und die Problematik des fehlenden Korrosionsschutzes von Acrylatgelen in Stahlbetonbauteilen sind im Abschnitt 4.6 erläutert. Somit wird im folgenden Abschnitt nur noch auf die spezifischen Eigenschaften der Injektionsstoffe eingegangen. Die Prüfmethoden zur Bestimmung der im nachfolgenden beschriebenen charakteristischen Kenngrößen und Eigenschaften sind im Kapitel 9 dargestellt.

6.5.2 Zusammensetzung Acrylatgele bestehen bis auf wenige Ausnahmen aus Stammkomponente, Katalysator, Initiator und Wasser. Die Stammkomponente enthält wasserlösliche Derivate der Acryl- und Methacrylsäure. Als Katalysatoren werden entweder Amine oder ebenfalls Acryl- und Methacrylsäure-Derivate eingesetzt. Diese werden der Stammkomponente vor der Verarbeitung zugesetzt. Nach Zugabe der einzelnen Komponenten steht die verarbeitungsfertige A-Komponente zur Verfügung. Als Initiatoren (Härter) werden wasserlösliche, radikalbildende Salze verwendet, die in Wasser (üblicherweise in der gleichen Menge wie die A-Komponente) gelöst werden. Der in Wasser gelöste Initiator ergibt die verarbeitungsfertige B-Komponente /STUVA05/. Für die Rissverpressung sind feststoffreichere Acrylatgele geeigneter. Dies wird bei einigen Produkten erzielt, indem das Wasser der B-Komponente durch Polymerdispersionen ersetzt wird /STUVA05/.

6.5 Acrylatgele

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6.5.3 Eigenschaften 6.5.3.1 Eigenschaften des flüssigen Injektionsstoffes Die geringe Viskosität zwischen etwa 5 und 50 mPa·s bei 20 °C ist eine herausstechende Eigenschaft der Acrylatgele. Mit steigenden Temperaturen nimmt die Viskosität nur geringfügig ab. Die einstellbare Verarbeitungszeit variiert je nach Produkt zwischen etwa 10 Sekunden und 30 Minuten, sie nimmt mit sinkenden Temperaturen zu.

6.5.3.2 Eigenschaften des erhärteten Injektionsstoffes Das Erscheinungsbild ausreagierter Acrylatgele variiert von einer gummi-elastischen schaumförmigen Struktur bis hin zu einer „Wackelpudding“-Konsistenz. Im getrockneten Zustand schrumpfen die Acylatgele stark, teilweise wurde ein Zerfallen des Materials festgestellt. In /Schä97/ werden für ein Acrylatgel eine Druckfestigkeit von 0,15 N/mm², eine Haftzugfestigkeit von 1 N/mm² und maximale Dehnungen von 15 % angegeben. Unter welchen Randbedingungen diese Werte ermittelt wurden ist nicht angegeben. Aufgrund der Struktur der Acrylatgele kann bei den überwiegenden Produkten von geringen Festigkeiten, insbesondere auch Haftzugfestigkeiten, ausgegangen werden. Erhärtete Acrlytgele weisen eine offenzellige Porenstruktur auf. Anstehendes Wasser kann physikalisch angelagert werden, zusätzlich sammelt es sich im Porensystem. Aus diesem Grund weisen Acrylatgele bei Wasserkontakt eine deutliche Volumenzunahme (Quellen) und beim Austrocknen eine deutliche Volumenabnahme (Schwinden) auf. Bild 6.18 zeigt exemplarisch das Quellverhalten unterschiedlicher Acrlytgele. Die Randbedingungen bei diesen Untersuchungen wurden in /Hor00/ nicht beschrieben. In /Rau07a/ wurden Untersuchungen zum Quell- und Schwindverhalten in Anlehnung an DIN EN 14 498:2004-12 durchgeführt. Die Beschreibung des genormten Versuchs erfolgt in Abschnitt 9.4.27. Bei den beschriebenen Untersuchungen wurden die Acrylatgele jedoch nicht im Wasser, sondern in einer alkalischen Lösung aus Natrium-, Kalium- und Calciumhydroxid gelagert, um die Bedingungen im Beton nachzustellen. Die in Bild 6.19 dargestellten Massenänderungen wurden nach 336 h (Verfahren A) bzw. 6-tägiger Lagerung (Verfahren B) in alkalischer Lösung bei 23 °C ermittelt. Teilweise wurden nur geringe Masse- und Volumenzunahmen festgestellt, während die Gele 6 und 19 Massezunahmen von bis zu 530 M.-% aufwiesen. Diese Gele 6 und 19 verloren, ebenso wie in diesem Diagramm nicht mehr darstellbare Produkte, im alkalischen Milieu ihre Struktur und zerfielen zum Teil.

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6 Rissfüllstoffe

6 Bild 6.18: Quellverhalten unterschiedlicher Acrylatgele /Hor00/

Bild 6.19: Massenänderung unterschiedlicher Acrylatgele in alkalischer Lösung ermittelt nach Verfahren A und B in Anlehnung an DIN EN 14 498:2004-12 /Rau07a/

6.5 Acrylatgele

Die Anwendungsbedingungen für den Einsatz von Acrylatgelen in Arbeitsfugen und Rissen von Stahlbetonbauteilen fassen Raupach et. al. /Rau07a/ wie folgt zusammen: • Der pH-Wert, ermittelt an 18 handelsüblichen Acrlyatgelen, liegt zwischen 1,2 und 9,5 (vergleiche Bild 4.29, Abschnitt 4.6.2). Zudem weisen Acrylatgele eine hohe elektrolytische Leitfähigkeit auf. Somit ist der Bewehrungsstahl im Falle einer Rissverpressung mit Acrylatgelen nicht vor Korrosion geschützt. • Dementsprechend wurden anhand von Korrosionsversuchen an Stahlbetonkörpern mit Kiesnestern hohe Korrosionsstromdichten ermittelt. • Die Ermittlung der Korrosionsstromdichten an Stahlbetonkörpern mit einem mittels Acrylatgel gefüllten Riss ergaben teilweise hohe Korrosionsstromdichten. Bei einem Teil der geprüften Produkte sanken jedoch die Korrosionsstromdichten der Stahlbewehrung bei dünnen Gelschichten im Riss innerhalb von 20 bis 40 Tagen auf null. Ein Grund hierfür wird in der Diffusivität der dünnen Gelschicht für Natrium, Kalium und Calcium gesehen. • Ein Teil der untersuchten Acrylatgele war in alkalischer Lösung nicht beständig. Als Fazit dieser Untersuchungen ergibt sich, dass das Korrosionsverhalten von Acrylatgelen für die Injektion in Stahlbetonteile im Riss nachzuweisen ist. Nur wenn ein dauerhafter Korrosionsschutz des Stahls durch das Acrylatgel gezeigt wurde, erscheint die Anwendung des Produktes in nicht karbonatisierten Stahlbetonbauteilen ohne Chlorideinwirkung zulässig. Bei größeren Kiesnestern ist nicht von einem ausreichenden Alkalientransport vom Beton durch das Acrylatgel bis zur Bewehrung auszugehen, so dass nach heutigem Stand kein Korrosionsschutz erzielt werden kann. Einfache Kombinationstests mit Lagerung einer Sahlprobe im Acrylatgel sind unzureichend. Geeignete Prüfverfahren sind in /Rau07d/ beschrieben. Darüber hinaus sind weitere Produkteigenschaften, wie Alkalistabilität, langfristig abdichtende Wirkung gegen anstehendes ggf. drückendes Wasser, Verhalten bei Rissbreitenänderungen etc. am jeweiligen Produkt zu untersuchen.

6.5.4 Anwendungsbereiche Der Einsatz von Acrylatgelen in Stahlbetonrissen dient zum Abdichten der Risse gegen drückendes und nicht drückendes Wasser. Aus Gründen des Korrosionsschutzes der Bewehrung wird empfohlen, das Füllgut bei ausreichender Alkalibeständigkeit nur in Betonbauteilen ohne Bewehrung einzusetzen. Alternativ kann vor dem Einsatz in bewehrten Rissen die Eignung des Produktes in entsprechenden Untersuchungen bestimmt werden (s. /Rau07d/). Da im Allgemeinen die Viskosität der Acrylatgele geringer ist als die von Epoxidharzen, sind auch Risse w  0,1 mm injizierbar. Die aufnehmbaren Rissbreitenänderungen sollten bei feuchten oder wassergesättigten Rissen aufgrund der Quelleigenschaften des Füllgutes größer sein als die der Polyurethane. Bei anstehendem Wasserdruck ist jedoch ein partielles Adhäsionsversagen zwischen Beton und Acrylatgel wahrscheinlich, das von der Art des Acrylatgels abhängig ist. Die niedrigste Anwendungstemperatur ist materialabhängig. Von Arbeiten bei Frost ist jedoch abzuraten.

6.5.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Beim Einsatz am Bauwerk sind zunächst die Komponenten A und B aus jeweils zwei bis drei Teilkomponenten unabhängig voneinander anzurühren. Dabei besteht die Komponente B im Allgemeinen aus dem Initiator und Wasser. Die Komponenten A und B werden gewöhnlich in

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6

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6 Rissfüllstoffe

eine Zweikomponentenanlage gegeben und über Bohrlochpacker in das Bauwerk unter Druck eingebracht. Auf eine Verdämmung des Risses wird meistens verzichtet. Auch die Acrylatgele werden von unten nach oben oder in einer Richtung solange von einem Packer aus injiziert, bis beim nächsten Packer Material austritt. Zur vollständigen Füllung der Risse ist eine Nachinjektion erforderlich.

6.6 Zementleime und Zementsuspensionen 6.6.1 Allgemeines Im Abschnitt 4.7 wurden bereits die Grundlagen für Instandsetzungsstoffe auf zementgebundener Basis erläutert. Somit wird im folgenden Abschnitt nur noch auf die spezifischen Eigenschaften der Injektionsstoffe eingegangen. Prüfmethoden zur Bestimmung der nachfolgend beschriebenen charakteristischen Kenngrößen und Eigenschaften sind im Kapitel 9 dargestellt.

6.6.2 Zusammensetzung

6

Für zementgebundene Füllgüter können herkömmliche Zemente nach DIN EN 197-1 oder DIN 1164, entsprechend bauaufsichtlich zugelassene Zemente oder Feinstzemente bzw. Feinstbindemittel eingesetzt werden. Feinstzemente werden auf der Basis von unterschiedlichen Zementen durch eine speziell entwickelte Verfahrenstechnik hergestellt. Ein signifikanter Unterschied zwischen Feinstzementen und Normzementen liegt in der Mahlfeinheit. Die Mahlfeinheit bestimmt die Fließ- und Sedimentationseigenschaften der WasserZement-Gemische sowie die Festigkeitseigenschaften wesentlich. Das Größtkorn des Bindemittels wird üblicherweise durch die Angabe des Korndurchmessers bei 95 M.-% (d95 in μm) des Gemenges angegeben. Feinstzemente weisen einen Korndurchmesser d95  16 μm auf. Im Vergleich dazu hat ein herkömmlicher CEM I 52,5 mindestens ein doppelt so großes Größtkorn. Bild 6.20 verdeutlicht anhand der Körnungslinien den Unterschied zwischen Feinst- und Normzementen. Je höher die Mahlfeinheit und je geringer das Größtkorn, desto höher ist der Wasseranspruch und umso fließfähiger sind die Füllgüter. Eine Differenzierung zwischen Zementleim (ZL) und Zementsuspension (ZS) wird in der RL-SIB /DAfStb01/ über die zu füllenden Rissbreiten (ZS: w  0,25 mm und ZL: w  0,8 mm) vorgenommen. Dementsprechend sind Größtkorn und Mahlfeinheit der verwendeten Zemente begrenzt. Zur Herstellung einer Zementsuspension sind nur Feinstzemente mit stetiger Kornverteilung zulässig, deren Korngrößen zu 95 % kleiner als 16 μm sind. Die Korngrößen der Zemente für Zementleime müssen zu 99,9 % kleiner gleich 200 μm sein, während die geforderte spezifische Oberfläche größer gleich 4500 cm²/g ist. Der Wasser-Bindemittelwert (w/b-Wert) beeinflusst primär die Eigenschaften von Zementsuspensionen/Zementleimen in der Flüssigphase und nach der Erhärtung. Für Füllgüter zum Füllen von Rissen liegt dieser Wert bei nach Richtlinie (ZTV-ING oder RL-SIB) geprüften Zementsuspensionen zwischen ca. 0,65 und 0,80, bei Zementleimen zwischen ca. 0,45 und 0,50 /Eße06/.

6.6 Zementleime und Zementsuspensionen

Bild 6.20: Körnungslinien von Feinst- und Normzementen /Per94/

Zur Einhaltung gleich bleibender Füllguteigenschaften werden die Einzelkomponenten im Werk aufeinander abgestimmt und in Einzelgebinden transportiert. In der Regel handelt es sich um:

• • •

Komponente A: Pulver bestehend aus Zement/Feinstzement und ggf. Zusatzmittel, Zusatzstoffe. Komponente B: Wasser mit Trinkwasserqualität, bevorzugt demineralisiertes Wasser. Ggf. noch Komponente C mit weiteren Zusatzmitteln (Injektionshilfen).

Die Anwendung aller allgemein bauaufsichtlich zugelassenen Zusatzmittel und Zusatzstoffe ist zulässig.

6.6.3 Eigenschaften 6.6.3.1 Rheologisches Verhalten Die von Eßer /Eße06/ durchgeführten Untersuchungen zu den rheologischen Eigenschaften von Zementleimen und -suspensionen ergaben Folgendes:

• •

Das Fließverhalten der Füllgüter bleibt i. d. R. über 60 Minuten konstant und verändert sich innerhalb weiterer 60 Minuten nur unwesentlich. Aufgezwungene Verformungen (durch Rotation, Umwälzen, Umpumpen) wirken sich begünstigend auf das Fließverhalten aus.

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6 Rissfüllstoffe

• •

•

Bei der niedrigsten Anwendungstemperatur von 5 °C liegen die schlechtesten Fließeigenschaften vor, optimal sind Temperaturen über 15 °C bis ca. 25 °C. Die mittels Marshtrichter bestimmten Auslaufzeiten direkt nach der Aufbereitung betragen für handelsübliche Zementleime 48 bis 64 s. Nach zwei Stunden erhöhen sich die Werte auf 73 bis 79 s. Die Auslaufzeiten für Zementsuspensionen sind bei 15 °C tendenziell etwas geringer. Die Rohdichten liegen für Suspensionen im Bereich 1,60 und 1,65 g/cm³, für Leime zwischen 1,80 und 1,85 g/cm³

6.6.3.2 Verhalten als erhärteter Rissfüllstoff Tabelle 6.7 gibt eine Übersicht über Druck- und Biegzugfestigkeiten von Zementleimen und Zementsuspensionen. Die Kennwerte wurden an 4 · 4 · 16 cm³-Prismen in Anlehnung an DIN 1164-1 ermittelt. Die Proben wurden jeweils bis zur Prüfung feucht aber nicht im Wasserbad gelagert. Insgesamt wurden sechs Zementsuspensionen und drei Zementleime untersucht. Eine „unplanmäßige“ Lagerung der Proben im Laborklima anstelle von in feuchten Tüchern führte schnell zum Schwinden und der Bildung von Mikrorissen, wodurch die Biegezugfestigkeiten reduziert wurden. Aus diesem Grund wird für die Zementleime keine 28-TageBiegezugfestigkeit angegeben.

6

Tab. 6.7: Druck- und Biegzugfestigkeiten zementgebundener Rissfüllstoffe (Werte von /Eße06/) Druckfestigkeiten in N/mm²

Biegezugfestigkeiten in N/mm²

Probenalter

2d

7d

28 d

2d

7d

28 d

Zementleim

18–23

26–36

38–45

3,5–6

3–7,5

-

Zementsuspension

20–30

23–45

23–50

2–5

2,5–6

3,5–5

Zementgebundene Füllgüter weisen aufgrund des hohen w/z-Wertes und bei saugenden Untergründen ein deutliches Trocknungs- und plastisches Schwinden auf. Dem wird gewöhnlich durch chemische Zusätze, sog. Quellmittel, begegnet. Zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens von ZS/ZL im Riss und in durchgängigen Hohlräumen sieht die RL-SIB /DAfStb01/ drei Prüfverfahren vor. In Bild 6.21 sind die drei Probekörper mit dem jeweiligen Ziel des Prüfverfahrens dargestellt. Eine ausführliche Beschreibung der Prüfverfahren kann /DAfStb01/ entnommen werden. Am Kleinprüfkörper wird die Entwicklung der Biegezugfestigkeit ermittelt. In dem Betonbalken wird hierzu mittig ein Riss erzeugt und die Rissbreite an der Probekörperunterseite auf ein definiertes Maß (ZS: w = 0,25 ± 20 %, ZL: w = 0,8 ± 20 % /DAfStb01/) eingestellt. Der Riss wird bis auf die Entlüftungsöffnungen mit einer Verdämmung umschlossen. Injiziert wird bei Raumtemperatur oder 5 °C über einen Einfüllstutzen auf der Balkenunterseite bei unterschiedlichen Feuchtzuständen im Riss. Die Prüfung in Form einer Überlastung erfolgt nach 2, 7 bzw. 28 Tagen im Dreipunktbiegeversuch nach dem Entfernen der Verdämmung. Sowohl die Biegezugfestigkeit als auch der Füllgrad werden bestimmt.

6.6 Zementleime und Zementsuspensionen

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6

Bild 6.21: Ziele und Prüfkörperaufbauten von drei Prüfverfahren für Zementleime und Zementsuspensionen /Eße06/

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6 Rissfüllstoffe

6 Bild 6.22: ZS/ZL-Biegezugfestigkeit nach 2 und 7 Tagen in Abhängigkeit von der Temperatur während der Erhärtung nach /Eße06/

Bild 6.22 zeigt am Kleinprüfkörper ermittelte Biegezugfestigkeiten von Zementsuspensionen und -leimen in Abhängigkeit vom Prüfalter und der Lagerungstemperatur bis zur Prüfung. Alle Risse waren mindestens zu 80 % mit ZL bzw. ZS gefüllt, gewöhnlich lag der Füllgrad zwischen 95 und 100 %. Beim Versuch trat überwiegend ein Versagen im Riss als Kohäsionsbruch im Füllgut auf. Die von Eßer /Eße06/ untersuchten ZS und ZL weisen Biegezugfestigkeiten zwischen 1 und 3 N/mm² auf. Bei 10 °C steigen die Biegezugfestigkeiten vom 2. auf den 7. Tag an, während bei 18 °C bereits nach 2 Tagen Biegezugfestigkeiten erreicht werden, die dem Niveau nach 7 Tagen bei 10 °C in etwa entsprechen. Der Feuchtezustand der Risse während der Injektion wirkte sich in den Untersuchungen von Eßer /Eße06/ nur unwesentlich auf die Biegzugfestigkeit aus. Selbst bei wasserführenden Rissen zeigte sich, dass alle untersuchten Materialien das im Riss befindliche Wasser verdrängen können, ohne sich merklich mit dem Wasser zu vermischen und damit an Festigkeit zu verlieren. Unter optimalen Bedingungen können Risse mit Eintrittsöffnungen auf der Bauteiloberfläche von 0,2 mm für ZS und 0,55 mm für ZL gefüllt werden. Am Stahlbetonbalken, der der Beschreibung in Abschnitt 6.4.3 entspricht, sollen neben der Kraftschlüssigkeit vor allem die Injizierfähigkeit unter praxisgerechten Bedingungen und die Eignung des Injektionsverfahrens unter Beweis gestellt werden. Die Rissbreiten werden in Höhe der Bewehrungslage festgelegt. Mindestens ein Riss muss bei trockenen Rissflanken bei einer Rissbreite von ZS: w = 0,2 mm und ZL: w = 0,8 mm gefüllt werden. Die Hälfte der Rissflanken ist trocken, die andere Hälfte wasserführend. Nach 2-tägiger Erhärtung des Füllgutes wird der Balken entlastet und die Verdämmung entfernt. Während der Belastung im Alter von

6.6 Zementleime und Zementsuspensionen

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7 Tagen führen die einbetonierten Schläuche unter Druck Wasser und ermöglichen so, nicht gefüllte oder undichte Rissbereiche durch Wasseraustritt kenntlich zu machen. Der Füllgrad wird an Bohrkernen ermittelt. Die von Eßer /Eße06/ am Stahlbetonbalken untersuchten ZL und ZS erzielten eine Verfüllung der Risse und zeigten nach 7 Tagen, dass bei Laststeigerungen von mindestens 20 % in der Regel neue Risse entstehen. Das Füllen von Zylindern aus Einkornbeton dient vor allem zum Nachweis einer ausreichend langen Nachinjizierbarkeit. Die Injektionen laufen über drei Etappen innerhalb einer dreistündigen Verarbeitbarkeitsdauer. Die Füllmengen werden festgehalten. Es werden Bohrkerne aus den Zylindern entnommen, um den Füllgrad und die Druckfestigkeit nach 28 Tagen zu ermitteln. Die Füllung der Zylinder aus Einkornbeton mit ZL bzw. ZS kann eine Erhöhung der Druckfestigkeit um das 5 bis 10fache bedingen /Eße06/.

6.6.4 Anwendungsbereiche Entsprechend den im vorherigen Abschnitt dargestellten Eigenschaften zementgebundener Füllgüter zur Rissverpressung, eignen sich diese zum kraftschlüssigen Verbinden trockener, feuchter oder wasserführender Risse. Je nach Zugfestigkeit des zu injizierenden Stahlbetonbauteils tritt beim Versagen der Instandsetzungsmaßnahme im Allgemeinen ein Kohäsionsversagen im Füllgut ein oder es entstehen neue Risse im Bauteil. Entsprechend RL-SIB /DAfStb01/ soll die Rissbreite w  0,80 mm für Zementleim und w  0,25 mm für Zementsuspensionen sein. Unter Laborbedingungen ist die Injektion von Zementleimen jedoch bereits ab Rissbreiten von 0,55 mm möglich. Rissbreitenänderungen während der Erhärtung sind nicht zulässig. Zum kraftschlüssigen Verbinden muss die Zugbelastung geringer sein als die Zugfestigkeit des Betons sowie des Füllgutes. Die niedrigste Anwendungstemperatur beträgt nach RL-SIB 5 °C. In jedem Fall müssen die Angaben der technischen Merkblätter des Produktes hinsichtlich minimaler und maximaler Anwendungstemperatur (Anhaltswert: 5 bis 25 °C) beachtet werden. Unter Anwendungstemperatur kann sowohl die Luft- als auch die Untergrundtemperatur verstanden werden.

6.6.5 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Auf der Baustelle werden aufeinander abgestimmte Gebinde A bis C entsprechend den Herstellerangaben angemischt. Beim Anmischen wird im Allgemeinen die Anmachflüssigkeit vorgelegt und die Pulverkomponente kontinuierlich bei geringer Drehzahl des Mischkopfes zugegeben. Da die Art und Weise der Aufbreitung entscheidend für das Fließverhalten der Füllgüter ist, sind die Misch- und Aufbereitungsanweisungen der Hersteller mit den angegebenen Rührwerken strikt einzuhalten. Bei den meisten Systemen beträgt die Aufbereitung mindestens 5 bis 10 Minuten, zusätzlich werden die Füllgüter in Vorratsbehältern entweder durch kontinuierliches Rühren oder Umpumpen in Bewegung gehalten. Im Allgemeinen werden die Risse verdämmt und die Füllgüter ZS und ZL über Packer injiziert. Die Packer müssen so ausgebildet sein, dass eine Entmischung des Füllguts während der Injektion nicht eintritt. Packer mit Rückschlagventil für Reaktionsharze erfüllen diese Bedingungen in der Regel nicht. Die Injektion wird mit einkomponentig fördernden Anlagen bei niedrigem Druck ausgeführt.

6

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6 Rissfüllstoffe

Auch mit zementgebundenen Füllgütern werden Risse grundsätzlich von unten nach oben oder einsinnig injiziert. Es wird solange in einen Einfüllstutzen injiziert, bis das Füllgut beim nächsten Einfüllstutzen austritt. Bei unter Druck wasserführenden Rissen muss das Herausspülen des Füllgutes verhindert werden, indem Maßnahmen zur Druckminderung (z. B. Entlastungsbohrungen, Wasserhaltungen) und ggf. rückseitiges Abdichten erfolgen. Eine Nachinjektion zum Auffüllen abgeflossenen Füllguts ist grundsätzlich durchzuführen. Es muss an sämtlichen Einfüllstutzen nachinjiziert werden. Ein wiederholtes Injizieren erneut entstandener Risse mit ZL bzw. ZS, die vorher mit zementgebundenen Füllgütern gefüllt worden waren, ist möglich, sofern ausreichende Rissbreiten vorliegen.

6.7 Hinweise zur Schadensvermeidung

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Voraussetzung für eine erfolgreiche Instandsetzungsmaßnahme sind Kenntnisse über die vorliegenden Risse bzw. Hohlräume. Anhand der Rissursache sowie ggf. längerfristigen Rissbreitenmessungen kann geschlussfolgert werden, ob und in welchem Umfang sich die Risse zukünftig bewegen werden. Des Weiteren muss die Rissart, Rissbreite und der Feuchtezustand des Risses bekannt sein. Bei einer örtlichen Begehung bzw. anhand der Unterlagen ist weiterhin zu klären, ob und welche Instandsetzungsmaßnahmen bereits durchgeführt wurden. Zur Festlegung des Füllgutes ist weiterhin zu ermitteln, welche Bauteil- und Umgebungstemperaturen bei der Injektionsmaßnahme vorliegen werden. Liegen große Rissbreiten oder Hohlräume vor, ist die Wärmeentwicklung der Reaktionsharze zu beachten. Wird der Einsatz von Acrylatgelen in Betracht gezogen, so ist die Gefahr der Bewehrungskorrosion zu berücksichtigen. Beim Einsatz von Acrylatgelen im Stahlbeton sind entweder im Voraus Untersuchungen am Produkt entsprechend der Randbedingungen am Bauwerk durchzuführen oder der Kontakt von Acrylatgel mit Bewehrung sicher zu vermeiden (z. B. unbewehrte Bodenplatte). Anhand der zuvor eingehend überprüften Randbedingungen erfolgt die Auswahl des Injektionsstoffes unter Berücksichtigung der u. a. hier oder in der RL-SIB sowie in den technischen Merkblättern beschriebenen Leistungsfähigkeit der Füllgüter. Können die für den Einsatz des Produktes erforderlichen Randbedingungen nicht alle eingehalten werden, sind entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Hierzu im Folgenden zwei Beispiele: • Werden bei einem dehnfähig zu verbindenden Riss mit der Breite 0,4 mm langfristige Rissbreitenänderungen von 0,15 mm erwartet, so wird bei einer Rissverpressung mit Polyurethan voraussichtlich ein Versagen auftreten, da das Füllgut die Rissbreitenänderungen nicht aufnehmen kann (vergl. Tabelle 6.1). Um dieses zu vermeiden, sind z. B. die Rissbreiten vor der Injektion entsprechend zu vergrößern. • Sind feuchte Risse mit Rissbreiten von 0,15 mm kraftschlüssig zu füllen, so ist zuvor ein Trocknen der Rissflanken notwendig, da aufgrund der geringen Rissbreite nur Epoxidharz eingesetzt werden kann. Für eine langfristig erfolgreiche Instandsetzungsmaßnahme sind die in Abschnitt 6.2.1 beschriebenen Vorgehensweisen sowie die jeweiligen Angaben der technischen Merkblätter zu beachten! Dies beginnt mit der Reinheit der Risse und endet mit der erforderlichen Nachinjektion sowie der Einhaltung der Temperaturen. Ist eine Rissaufweitung erforderlich, um z. B. die entstehenden Rissbewegungen zu überbrücken, so sollte eine konische Fase, die dem Rissverlauf folgt, in den Beton eingebracht werden. Bild 6.23 zeigt an zwei Beispielen, wie eine Rissaufweitung nicht erfolgen sollte!

6.7 Hinweise zur Schadensvermeidung

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Bild 6.23: Beispiele für nicht fachgerechte Rissaufweitungen. Links: Tränkung eines aufgeweiteten Risses, die jedoch nicht dem Rissverlauf folgt. Rechts: Geradlinige Aufweitung eines Risses, die nicht dem Rissverlauf folgt.

6

7 Oberflächenschutzsysteme

7.1 Allgemeines Oberflächenschutzsysteme dienen dem Schutz von Beton- und Stahlbetonbauteilen. Sie sind entweder eigenständige Maßnahmen oder Bestandteil umfassender Instandsetzungsarbeiten. Die wesentlichen Ziele, die mit einem Oberflächenschutzsystem realisiert werden, können sind: •

Schutz des Betons gegen eindringende Stoffe wie z. B. Wasser, Chloride, Kohlenstoffdioxid.

•

Austrocknung des Betons, indem Wasserzutritt in den Beton verhindert wird und ein Feuchtetransport aus dem Beton durch die Beschichtung möglich ist (Instandsetzungsprinzip W, Bild 1.3).

•

Erhöhung des Widerstandes gegen Chemikalien und/oder mechanischen Angriff.

Neben diesen Zielen, die die Standsicherheit und Dauerhaftigkeit betreffen, werden auch Ziele zur Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit verfolgt (Farbgestaltung, Reinigungsfähigkeit, Rutschsicherheit etc.) Je nachdem welches Ziel unter welchen Randbedingungen zu realisieren ist, sind unterschiedliche Oberflächenschutzsysteme erforderlich. Im Abschnitt 7.2 wird zunächst ein Überblick über grundsätzliche Typen von Oberflächenschutzsystemen gegeben sowie der Aufbau von Oberflächenschutzsystemen erläutert. Des Weiteren werden die Anwendungsbereiche nach EN 1504 und RL-SIB und die Anforderungen nach EN 1504-2 in Kombination mit der Restnorm DIN V 18 026 dargestellt. In den Abschnitten 7.3 bis 7.11 werden die in Deutschland geregelten Oberflächenschutzsysteme nach RL-SIB bzw. DIN V 18026 hinsichtlich Aufbau, Eigenschaften, Anwendungsbereiche sowie Verarbeitung und Einsatz am Bauwerk erläutert. Die geregelten Oberflächenschutzsysteme decken jedoch nicht jeden Anwendungsfall ab. Aus diesem Grund werden im Abschnitt 7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen vorgestellt. Die Ausführung von Brückenabdichtungen auf Beton erfolgt i. d. R. nach den zusätzlichen technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING /ZTV03/). Dieses Thema wird im Abschnitt 7.13 behandelt. Ein großes Anwendungsgebiet für Oberflächenschutzsysteme sind Parkbauten. Aus diesem Grund werden Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten im Abschnitt 7.14 gesondert behandelt. Das Kapitel schließt mit Hinweisen zur Schadensvermeidung ab.

7.2 Überblick

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7.2 Überblick 7.2.1 Typen und Aufbauten von Oberflächenschutzsystemen Hinsichtlich ihrer Erscheinungsform werden drei Typen von Oberflächenschutzsystemen unterschieden: Hydrophobierung, Versiegelung und Beschichtung. In Bild 7.1 sind die drei Typen dargestellt.

7 Bild 7.1: Schematische Darstellung einer Hydrophobierung (links), einer Versiegelung (mitte) und einer Dünn- sowie Dickbeschichtung (mitte, rechts)

Hydrophobierungen, auch hydrophobierende Imprägnierungen genannt, bilden keinen sichtbaren Film auf der Beton- bzw. Mörteloberfläche und verändern diese optisch nur unwesentlich. Die Poren sind nicht gefüllt, sondern nur ausgekleidet. Ziel einer Hydrophobierung ist es, die Beton- bzw. Mörteloberfläche wasserabweisend auszurüsten. Versiegelungen, auch versiegelnde Imprägnierungen genannt, dienen dazu, das Eindringen flüssiger oder gasförmiger Stoffe in den Beton weitgehend zu verhindern. Durch eine Versiegelung entsteht auf der Oberfläche ein ungleichmäßiger bis zu 300 μm dicker Film. Sie bestehen aus niedermolekularen Stoffen auf der Basis von Epoxidharz, Polyurethan oder Acrylat. Beschichtungen dienen dazu, das Eindringen flüssiger und gasförmiger Stoffe in den Beton zu verhindern, ein Austrocknen des Betons zu ermöglichen, den Beton vor mechanischen und chemischen Beanspruchungen zu schützen und/oder Risse zu überbrücken. Sie bilden eine geschlossene, 0,1 bis 5 mm dicke Schicht auf der Betonoberfläche. Beschichtungen sind in der Regel aus mehreren Schichten aufgebaut und werden daher auch als Beschichtungssysteme bezeichnet. Der Aufbau der Beschichtungen variiert entsprechend des verfolgten Zieles und den vorliegenden Randbedingungen. Hinsichtlich der Funktion werden folgende Arten von Oberflächenschutzschichten unterschieden: Kratz- und Ausgleichsspachtelungen, Grundierungen, hauptsächlich wirksame Oberflächenschutzschichten sowie Deckversiegelungen und Verschleißschichten.

196

7 Oberflächenschutzsysteme

Eine Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung soll •

die Rauheit der Betonoberfläche ausgleichen und

•

Poren, Lunker und Kiesnester schließen,

damit die nachfolgenden Schichten in einer gleichmäßigen Schichtdicke aufgetragen werden können. Verwendet werden hierfür kunststoffmodifizierte Zementmörtel oder Reaktionsharzmörtel mit einem Größtkorn bis 0,5 mm, in Ausnahmefällen bis 1 mm. Die Schichtdicke kann bis zu 3 mm betragen. Die Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung fällt unter den Begriff Feinspachtel. Sie stellt das Bindeglied zwischen Betonersatzsystem und OS-System dar. Näheres kann Abschnitt 5.7 entnommen werden. Eine Grundierung soll •

Poren verschließen und das Absaugen des Bindemittels nachfolgender Schichten verhindern,

•

das Eindringen von Luft, Feuchtigkeit und beschichtungsschädlichen Stoffen (z. B. Alkalien) aus dem Untergrund in die nachfolgenden Schichten verhindern,

•

den Untergrund im oberflächennahen Bereich verfestigen und

•

den Verbund zu nachfolgenden Schichten herstellen.

Die hauptsächlich wirksamen Oberflächenschutzschichten (hwO) haben eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften:

7

•

Wasserdampfdurchlässigkeit

•

Wasserdichtigkeit

•

Kohlenstoffdioxiddichtigkeit

•

Rissüberbrückung

•

Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung

Die RL-SIB hat zehn Klassen von OS-Systemen definiert. Diese wurden in der Restnorm DIN V 18 026 übernommen. Allerdings wurden die OS-Systeme 7 und 10 nicht in der DIN V 18 026 aufgenommen, da es sich hierbei um spezielle Systeme als Bestandteile von Brückabdichtungen handelt, die in der ZTV-ING /ZTV03/ geregelt und nicht mit Produkten nach DIN EN 1504-2 herstellbar sind. In den nachfolgenden Abschnitten werden die zehn OS-Systeme ausführlich erläutert. Vorweg soll jedoch eine kurze, vergleichende Gegenüberstellung der Systeme erfolgen. Tabelle 7.3 fasst die Systeme mit einer Kurzbeschreibung und den Anwendungsbereichen zusammen. Die so genannten OS 1-Systeme sind immer Hydrophobierungen, meistens siliziumorganische Verbindungen. Da diese Systeme rückstandsfrei in den Beton eindringen sollen, sind Mindestschichtdicken nicht relevant. Stattdessen ist die Eindringtiefe eine Größe für die langfristige Funktionstüchtigkeit (näheres Abschnitt 7.3). In den OS 2-, OS 4- und OS 5-Systemen werden als hauptsächlich wirksame Oberflächenschutzschicht (hwO) i. d. R. Polymerdispersionen eingesetzt. Durch die zunehmende Schichtdicke und den komplexeren Aufbau werden die Systeme mit steigender Nummerierung belastbarer/leistungsfähiger. Es handelt sich jedoch immer um nicht begeh- und befahrbare Flächen. Das OS 9 ist ebenfalls nicht begeh- und befahrbar; jedoch wird mit diesem System durch den Einsatz reaktiver, vergleichsweise elastischer Bindemittel (Polyurethan) in der hwO eine hohe Rissüberbrückungsfähigkeit erreicht.

7.2 Überblick

Die Systeme OS 8, OS 11 und OS 13 sind hingegen begeh- und befahrbar. Hinsichtlich mechanischer und chemischer Belastungen ist das OS 8-System am widerstandsfähigsten. Allerdings weist das OS 8-System keine Rissüberbrückungsfähigkeit auf. Die größte Rissüberbrückungsfähigkeit weist das OS 11-System auf (vergleichbar mit OS 9). Das OS 13-System liegt hinsichtlich Rissüberbrückungsfähigkeit und mechanischer sowie chemischer Belastbarkeit zwischen den drei Systemen. Die drei Systeme weisen jeweils Reaktionsharze als Bindemittel der hwO auf. Die OS 7- und OS 10-Systeme sind entsprechend der Darstellung in der RL-SIB keine eigenständigen Oberflächenschutzsysteme, sondern sie dienen als Abdichtung unter Gussasphalt. Beim OS 10 kann anstelle des Gussasphaltes in bestimmten Fällen eine verschleißfeste, vorgefüllte, ggf. abgestreute Deckschicht mit ggf. Deckversiegelung aufgebracht werden. Das OS 7 stellt in Kombination mit einer Bitumenschweißbahn, Gussasphalt und einer Deckschicht aus Gussasphalt, Splittmastixasphalt oder Asphaltbeton eine Variante der Brückenabdichtung dar. In der zweiten Variante wird auf dem OS 7 eine zweilagige Bitumendichtungsbahn aufgebracht. Darauf folgt Asphaltbeton und eine Deckschicht aus Gussasphalt, Splittmastixasphalt oder Asphaltbeton. Bei der dritten Variante wird das OS 10 mit nachfolgendem Gussasphalt und einer Deckschicht aus Gussasphalt, Splittmastixasphalt oder Asphaltbeton eingesetzt. Näheres ist im Abschnitt 7.13 beschrieben. Abgesehen von Beschichtungen für Sonderfälle ist mit den soeben genannten Systemen das in Deutschland zur Verfügung stehende Spektrum an Oberflächenschutzsystemen für standsicherheitsrelevante Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen an Betonbauwerken komplett. Entsprechend der Philosophie der EN 1504 können Oberflächenschutzsysteme anhand eines Anforderungskataloges und den geprüften Leistungsmerkmalen beliebig zusammengestellt werden. Dies sollte bei Sonderfällen, wenn die verfügbaren Klassen von OS-Systemen nicht anwendbar sind, durch einen sachkundigen Planer erfolgen. Dazu ist jedoch eine Vereinbarung mit dem Bauherren bzw. eine Zustimmung im Einzelfall erforderlich. Da das Funktionieren eines OS-Systems maßgebend von seiner Gesamtdicke bzw. der Dicke der hwO abhängig ist, müssen die in der Ausführungsanweisung enthaltenen SchichtdickenAngaben beim Aufbringen eines OS-Systems unbedingt beachtet werden. Sie beziehen sich immer auf die getrocknete Schicht (Trockenschichtdicke). Folgende Begriffe werden hinsichtlich der Schichtdicke unterschieden:

•

Mindestschichtdicke dmin

•

Schichtdickenzuschlag dz

•

Sollschichtdicke ds

•

Maximalschichtdicke dmax.

Mindest- und Maximalschichtdicke der hwO werden im Rahmen der Grundprüfung von der Prüfstelle ermittelt. Die Mindestschichtdicke ergibt sich als größter Wert der Schichtdicke, die erforderlich ist, um •

Spannungen bei Temperaturwechselbeanspruchung zu ertragen,

•

die entsprechende Rissüberbrückungsprüfung zu bestehen und

•

den geforderten CO2-Diffusionswiderstand zu erreichen.

Darüber hinaus ist aber mindestens der in der Tabelle 7.1 angegebene Wert für dmin anzusetzen.

197

7

198

7 Oberflächenschutzsysteme

Damit die in der Grundprüfung ermittelte Mindestschichtdicke in der Praxis auch sicher erreicht wird, ist in Abhängigkeit vom OS-System und der Untergrundrauheit (Rautiefe) ein Schichtdickenzuschlag dz erforderlich, der ebenfalls der Tabelle 7.1 zu entnehmen ist. Tab. 7.1: Mindestschichtdicken und Schichtdickenzuschlag für die hwO, abhängig von der Rautiefe (nach /DAfStb01/ sowie 2. Berichtigung zur RL-SIB) Oberflächenschutzsystem

OS 2 (OS B)

OS 4 (OS C)

OS 5a (OS DII)

OS 5b (OS DI)

[mm]

Schichtdickenzuschlag dZ [μm]

0,2

50

0,5

70

0,2

50

0,5

70

0,2

70

0,5

100

0,2

250

0,5

400

1,0

600

0,5

750

1,0

1200

0,2

250

0,5

400

0,2

300

0,5

600

1,0

1000

0,5

750

1,0

1200

0,5

750

1,0

1200

80

80

300

2000

1000

Verschleißschicht

3000

elastische Oberflächenschutzschicht

1500

OS 11b (OS F b)

OS 13

[μm]

2500 *

OS 9 (OS E)

OS 11a

Rautiefe Rt

1)

OS 8

7

Mindestschichtdicke

4000

2500* * Gesamtschichtdicke

1)

Zwischenwerte geradlinig interpolieren.

bei reinen Schutzmaßnahmen, die nicht standsicherheitsrelevant sind: 1500 μm

Die Rautiefe ist der absolute Wert der Rauheit einer Oberfläche in mm. Weitere Angaben zur Rauheit befinden sich in Abschnitt 2.8. Die Maximalschichtdicke ist die Schichtdicke, die maximal vorhanden sein darf, damit der zulässige Wasserdampfdiffusionswiderstand nicht überschritten wird. Die in der Praxis aufzubringende Schichtdicke (Trockenschichtdicke) muss zwischen der Sollschichtdicke ds = dmin + dz und der Maximalschichtdicke liegen.

199

7.2 Überblick

7.2.2 Anwendungsbereiche nach EN 1504-2 und RL-SIB 7.2.2.1 Anwendungsbereiche der Oberflächenschutzsysteme nach EN 1504-2 Oberflächenschutzsysteme werden als Verfahren zur Umsetzung der in Tabelle 7.2 dargestellten Instandsetzungsprinzipien eingesetzt. Tab. 7.2: Anwendungsbereiche nach EN 1504-2:2004 Prinzip Nr.

Prinzip und seine Definition

Auf diesem Prinzip basierende Methode

Prinzip 1 (IP: Ingress Protection)

Schutz gegen das Eindringen von Stoffen

1.1 Hydrophobierung

Verhinderung des Eindringens von korrosionsfördernden Stoffen (z. B. Wasser, sonstige Flüssigkeiten, Dampf, Gas, Chemikalien) und biologischen Lebensformen

1.2 Versiegelung

Prinzip 2 (MC: Moisture Control)

Regulierung des Wasserhaushaltes des Betons

2.1 Hydrophobierung

Einstellen und Aufrechterhalten der Betonfeuchte innerhalb eines festgelegten Wertebereiches

2.2 Versiegelung

Prinzip 5 (PR: Physical Resistance

Physikalische Widerstandsfähigkeit

5.1 Beschichtung

Erhöhen des Widerstandes gegen physikalischen oder mechanischen Angriff

5.2 Versiegelung

Prinzip 6 (RC: Resistance to Chemicals)

Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien

6.1 Beschichtung

Erhöhung der Beständigkeit der Betonoberfläche gegen Zerstörungen durch chemische Substanzen

6.2 Versiegelung

Prinzip 8 (IR: Increasing Resistivity)

Erhöhung des elektrischen Widerstandes

8.1 Hydrophobierung

Erhöhung der elektrischen Widerstandsfähigkeit des Betons

8.2 Versiegelung

1.3 Beschichtung

2.3 Beschichtung

8.3 Beschichtung

Für die Anwendung der Oberflächenschutzsysteme nach DIN EN 1504-2 in Deutschland ist die Restnorm DIN V 18 026:06.2006 zu verwenden. Die Restnorm stellt praktisch das Bindeglied zwischen DIN EN 1504-2 und der RL-SIB sowie ZTV-ING dar. Weitergehende Erläuterungen können Abschnitt 1.4.5 entnommen werden.

7.2.2.2 Anwendungsbereiche der Oberflächenschutzsysteme nach RL-SIB In der RL-SIB /DAfStb01/ werden zehn Oberflächenschutzsysteme beschrieben. Eine Kurzbeschreibung mit Angabe der Anwendungsbereiche der jeweiligen Oberflächenschutzsysteme enthält Tabelle 7.3.

7

200

7 Oberflächenschutzsysteme

Tab. 7.3: Systembezeichnung, Kurzbeschreibung und Anwendungsbereiche der zehn Oberflächenschutzsysteme nach RL-SIB und DIN V 18 026 System

Kurzbeschreibung

Anwendungsbereich

OS 1

Hydrophobierung

Bedingter Feuchteschutz bei vertikalen und geneigten freibewitterten Betonbauteilen z. B. Brückenkappen, Stützwände. Nicht wirksam bei drückendem Wasser.

OS 2

Beschichtung für nicht begeh- und befahrbare Flächen (ohne Kratzbzw. Ausgleichsspachtelung)

Vorbeugender Schutz von freibewitterten Betonbauteilen mit ausreichendem Wasserabfluss auch im Sprühbereich von Auftausalzen.

OS 4

Beschichtung mit erhöhter Dichtheit für nicht begeh- und befahrbare Flächen (mit Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung)

Freibewitterte Betonbauteile auch im Sprühbereich von Auftausalzen. Regelmaßnahme bei Instandsetzungen nach den Korrosionsprinzipien W und C, wenn der Untergrund rissfrei ist.

OS 5a

Beschichtung mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit für nicht begeh- und befahrbare Flächen (mit Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung)

Freibewitterte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen auch im Sprühbereich von Auftausalzen.

OS 7

Beschichtung unter Dichtungsschichten für begeh- und befahrbare Flächen

Grundierungen, Versiegelungen, Kratzspachtelungen als Teil der Abdichtung von Brücken und ähnlichen Bauwerken.

OS 8

Chemisch widerstandsfähige Beschichtung für befahrbare, mechanisch stark belastete Flächen.

Alle mechanisch und chemisch beanspruchten Betonflächen, z. B. Fahrbahnen, Industrieböden, Behälterwandungen.

OS 9

Beschichtung mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit für nicht begeh- und befahrbare Flächen (mit Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung)

Freibewitterte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen und/oder Trennrissen auch im Sprühoder Spritzbereich von Auftausalzen.

OS 10

Beschichtung als Dichtungsschicht mit hoher Rissüberbrückung unter Schutz- und Deckschichten für begeh- und befahrbare Flächen

Abdichtung von Betonbauteilen mit Trennrissen und planmäßiger mechanischer Beanspruchung, z. B. Brücken, Trog- und Tunnelsohlen u. ä. Bauwerken wie Parkdecks.

OS 11

Beschichtung mit erhöhter dynamischer Rissüberbrückungsfähigkeit für begeh- und befahrbare Flächen

Freibewitterte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen und/oder Trennrissen und planmäßiger mechanischer Beanspruchung auch im Sprüh- oder Spritzbereich von Auftausalzen z. B. Parkhaus-Freidecks und Brückenkappen.

OS 13

Beschichtung mit nicht dynamischer Rissüberbrückungsfähigkeit für begeh- und befahrbare, mechanisch belastete Flächen.

Mechanisch und chemisch beanspruchte, überdachte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen auch im Einwirkungsbereich von Auftausalzen, z. B. geschlossene Parkgaragen und Tiefgaragen.

OS 5b

7

7.3 Hydrophobierungen (OS 1)

201

7.2.3 Anforderungen nach EN 1504-2:2004 in Kombination mit DIN V 18 026 Aufgrund der großen Bandbreite der Oberflächenschutzsysteme und des überwiegend mehrschichtigen Aufbaus sind die Anforderungen an die einzelnen Materialien und das Gesamtsystem vielfältig. So können z. B. diffusionsoffene oder diffusionsdichte, rissüberbrückende oder starre, verschleißfeste und/oder chemikalienbeständige Beschichtungen gefordert werden. Der Hersteller muss für Oberflächenschutzsysteme die in Tabelle 11.11 im Anhang aufgeführten Identitätsprüfungen vornehmen. Die in der Tabelle genannten Identitätsprüfungen entsprechen der DIN EN 1504-2 zur Produktionskontrolle im Rahmen des CE-Zeichens. Hinsichtlich der Verwendung von Produkten nach DIN EN 1504-2 wird in DIN V 18 026 zwischen den Klassen von Oberflächenschutzsystemen nach RL-SIB unterschieden. Die Tabellen 11.12 bis 11.17 im Anhang stellen die Leistungsanforderungen nach DIN V 18 026 zusammen. Für bestimmte Leistungsmerkmale (Abriebfestigkeit, WasserdampfDurchlässigkeit, Haftzugfestigkeit, Rissüberbrückungsfähigkeit, Brandverhalten, Griffigkeit etc.) wurden in der Restnorm Klassen nach EN 1504-2 festgelegt. Die in den Tabellen genannten Prüfverfahren werden in Kapitel 9 erläutert.

7.3 Hydrophobierungen (OS 1) 7.3.1 Aufbau des OS 1 / OS A Dieses Oberflächenschutzsystem dringt entsprechend Bild 7.1 in den Beton ein und bildet an der Oberfläche keine sichtbare Schicht. Die heute überwiegend für Beton eingesetzten Stoffe gehören zu der Stoffgruppe der Silane und Siloxane. Marktübliche Produkte sind Propyltriethoxysilan, iso-Butyltriethoxysilan und nOctyltriethoxysilan. Der Aufbau dieser siliciumorganischen Verbindungen aus dem Grundstoff Chlorsilan und das Wirkprinzip sind in Abschnitt 4.4.2 beschrieben. Bei siliciumorganischen Verbindungen handelt es sich um so genannte „Zwittermoleküle“, die aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Teil bestehen. Der hydrophile Teil, bestehend aus OH-Gruppen, geht eine chemische Bindung mit der Oberfläche des Substrates ein. Weiterhin bilden sich Quervernetzungen der Siliciumatome über die OH-Gruppen untereinander aus. Der hydrophobe Teil der Moleküle, bestehend aus CH-Verbindungen, weist von der Substratoberfläche weg und stellt die Funktion der wasserabweisenden Oberfläche sicher. Durch die Reaktion der siliciumorganischen Verbindungen entsteht ein Silikonharz, dessen Schichtdicke in der Größenordnung einzelner Moleküle liegt. Zur Verdünnung der Produkte wird entweder Lösemittel, wie z. B. Ethanol, Isopropanol, oder Wasser zugegeben (Abschnitt 4.4.2). Damit wird einerseits die Viskosität gesenkt und andererseits die Wirkstoffmenge reduziert. Seit einigen Jahren sind jedoch auch gezielt eingestellte hochviskose, teilweise thixotrope Silane mit hohen Wirkstoffgehalten auf dem Markt. Hierbei handelt es sich um so genannte Cremes und Gele. Nach dem Auftrag der Hydrophobierungsmittel auf die Bauteiloberfläche wird der Wirkstoff durch kapillares Saugen in den Baustoff transportiert. In den Kapillaren beginnt die chemische Reaktion des Wirkstoffes zu einem wasserabweisenden Silikonharz. Damit das Eindringen in

7

202

7 Oberflächenschutzsysteme

den Baustoff mittels kapillaren Saugens möglich ist, dürfen die Poren in dem Baustoff nicht wassergesättigt sein, sondern sie sollen einen möglichst niedrigen Wassergehalt aufweisen. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch mehrere Faktoren wie Feuchtegehalt, Temperatur, pH-Wert der Porenflüssigkeit im Beton sowie Molekülgröße und -struktur der Hydrophobierung bestimmt. Die Reaktion dauert zwischen wenigen Stunden und einigen Tagen.

7.3.2 Eigenschaften Die wasserabweisende Wirkung von Hydrophobierungen verhindert bzw. verringert die kapillare Wasseraufnahme von Betonoberflächen. Dadurch wird u. a. der Frost- und Frost-TausalzWiderstand des Bauteils erhöht und der Eintrag in Wasser gelöster Substanzen, wie z. B. Chloride, verringert. Bild 7.2 zeigt einen Wassertropfen auf einer nicht hydrophoben und einer hydrophoben Oberfläche. Ist die Oberfläche hydrophob, perlt der Tropfen von der Oberfläche ab.

7

Bild 7.2: Verhalten eines Wassertropfens auf einer nicht hydrophoben (links) und einer hydrophoben Oberfläche (rechts)

Zur Gewährleistung einer langfristigen wasserabweisenden Wirkung sind die eingetragene Wirkstoffmenge und die Eindringtiefe des Wirkstoffes von entscheidender Bedeutung. Die Eindringtiefe hängt von einer Vielzahl von Faktoren, wie Art des Hydrophobierungsmittels, Betonuntergrund, Untergrundfeuchte, Applikationstechnik und Nachbehandlung, ab. Hierzu wurden und werden zahlreiche Forschungsarbeiten durchgeführt /Lit01/, /Mei02/, /Ger02/, /Wit04/, /Sil05/, /Oeh07/. Die mittlere Eindringtiefe einer korrekt durchgeführten Hydrophobierung einer Betonoberfläche beträgt etwa 5 mm bis 10 mm, wobei dies aufgrund der vielfältigen Einflussgrößen nur ein Anhaltswert ist. Bild 7.3 zeigt beispielhaft die Eindringtiefe vier unterschiedlicher Hydrophobierungen in zwei verschiedene Betonuntergründe. Es wurde ein Beton C 20/25 nach DIN EN 206-1 und ein Beton C(0,40) nach DIN EN 1766 (Abschnitt 9.4.2) verwendet. Der Beton lagerte vor der Applikation über drei Monate bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte. Die Applikation von 200 g/m² erfolgt mit einem Pinsel. Folgende Hydrophobierungen wurden eingesetzt: •

A: Isobutyltrimethoxysilan, Wirkstoffgehalt 40 %, Verdünnung mit Ethanol

•

B: Methyltrimethoxysilan, Verdünnung mit vorgesäuertem Wasser (pH 4) bis zur Klärung der Lösung

•

C: N-Octyltriethoxysilan, Wirkstoffgehalt 40 %, Verdünnung mit Ethanol

•

D: Octyltriethoxysilan, thixotropes Gel

7.3 Hydrophobierungen (OS 1)

203

Bild 7.3: Eindringtiefe unterschiedlicher Hydrophobierungen in zwei Betonsubstrate. Auftragsmenge 200 g/m²

Mittels FT-IR Spektroskopie (Fourier-Transformations-Infrarot Spektroskopie) kann die Verteilung des Wirkstoffes in der Betonrandzone nach dem Ausreagieren des Silanes zum Silikonharz bestimmt werden /Ger02/. Dabei wurde festgestellt, dass von der Oberfläche ausgehend zuerst eine Zone mit weniger Wirkstoff und daran anschließend, häufig in 2 mm bis 5 mm Tiefe, ein so genannter „Katzenbuckel“ auftritt, bei dem die größte Wirkstoffkonzentration gemessen wird. Daran schließt sich der Bereich mit bis auf Null auslaufender Wirkstoffkonzentration an /Wit01/. Dass es sich hierbei um eine zeitabhängige Umverteilung handelt, wurde von /Wit01/, /Mei02/ mittels Neutronenradiographie gezeigt. Mit Hilfe der Neutronenradiographie kann die zeitliche Entstehung erfasst werden. Bild 7.4 zeigt, dass dieser „Katzenbuckel-Effekt“ nur bei nicht abgedeckten Proben ausgeprägt auftritt. Erklären lässt sich das mit dem hohen Anteil an Wirkstoff, welcher sich nach der eigentlichen Applikation an der Oberfläche verflüchtigt. Weiterhin verdeutlicht Bild 7.4, dass die Eindringtiefe durch das Abdecken der Proben erhöht wird. In diesem Fall wurden Mörtelproben mit 4 mm Größtkorn und einem w/z-Wert von 0,45 anhand einer Kontaktzeit über vier Stunden mit Silan hydrophobiert. Die Wirksamkeit von Hydrophobierungen wird weiterhin durch die Applikationsmenge beeinflusst. Untersuchungen u. a. von /Wol03/ zeigen, dass die Wirksamkeit der hydrophobierten Betonkörper in der Bewitterung bei einer Applikationsmenge von 200 g/m² höher ist als bei 100 g/m². Die vom Hersteller häufig empfohlene untere Grenze von 100 g/m² kann für eine dauerhafte und effektive Hydrophobierung zu gering sein. Je nach Einsatzgebiet wird eine Applikationsmenge von mindestens etwa 200 g/m² und ein Wirkstoffgehalt von  40 % empfohlen. Um ein Eindringen der applizierten Hydrophobierungen zu gewährleisten, ist ein trockener Betonuntergrund notwendig. Untersuchungen von /Mei02/ zeigten, dass Betone, die mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 85 % im Gleichgewicht stehen, nicht mehr zuverlässig

7

204

7 Oberflächenschutzsysteme

7

Bild 7.4: Zeitliche Entwicklung der Wirkstoffverteilung in einer nicht abgedeckten (oben) und einer abgedeckten (unten) Mörtelprobe /Wit01/

hydrophobiert werden können. Bei Betonen mit einem w/z-Wert von unter 0,50 verhindern bereits Gleichgewichtsfeuchtigkeiten oberhalb von 75 % eine erfolgreiche Hydrophobierung.

7.3 Hydrophobierungen (OS 1)

205

Im überwiegenden Teil der Fachliteratur zum Thema „Hydrophobierungen auf Beton“ wird postuliert, dass die Dauer der Wirksamkeit von Hydrophobierungen zeitlich begrenzt und in den meisten Fällen die Lebensdauer des Bauwerkes weitaus größer sei als die einer Hydrophobierung /Mei02/. Eine gängige Zeitspanne zwischen dem Aufbringen der Hydrophobierung und dem Verlust an Wirksamkeit wird mit 10 Jahren angegeben, wobei genaue Angaben zur Exposition, Art der Hydrophobierung und Applikation fehlen. Die bei den Fassadenelementen des Olympischen Dorfes in München eingesetzte Hydrophobierung zeigte beispielsweise nach ca. 10 Jahren Freibewitterung noch keine Alterungserscheinungen. Die Hydrophobierung der Kaimauer des Containerhafens Zeebrugge wies nach fünf Jahren keine Alterungserscheinungen auf /Schu99/, /Mül93/, /Lit02/. In /Mei02/ werden Lebensdauerangaben aus Schweden zwischen 20 und 25 Jahren zitiert. Zurzeit fehlen systematische Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Hydrophobierungen. Folgende Mechanismen können bei der Dauerhaftigkeit von Hydrophobierungen eine wesentliche Rolle spielen: •

Veränderung des Porengefüges des Betons in Abhängigkeit des Bindemittels aufgrund von Hydratation und Karbonatisierung.

•

Die Alkalität der Porenlösung, welche bei der Reaktion der Hydrophobierung eine wesentliche Rolle spielt, kann die Lebensdauer des ausreagierten Siliconharzes negativ beeinträchtigen.

•

UV–Licht dringt zwar nach Literaturangaben nur ca. 0,2 mm in den Beton ein, kann aber in diesem Bereich die siliciumorganischen Verbindungen in gewissem Umfang abbauen und die wasserabperlende Wirkung negativ beeinflussen.

•

Besonders bei Außenbauteilen unter intensiver Sonneneinstrahlung kann möglicherweise die hohe Oberflächentemperatur zum Abbau der siliciumorganischen Verbindungen führen.

•

Das Eindringen von hydrophilen Stoffen, wie Staub, in das Porensystem kann den hydrophoben Film belegen und so die Wirkung der Hydrophobierung herabsetzen.

•

Eine Beaufschlagung mit Druckwasser kann ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der hydrophoben Wirkung führen.

Neben diesen von dem Alter und der Exposition des Betons abhängigen Faktoren gibt es noch weitere Einflüsse. Ein Einfluss ist die Abrasion mechanisch verschleißbeanspuchter Oberflächen, welche die wirksame hydrophobe Schicht kontinuierlich reduziert. Bei bekanntem Abrieb pro Jahr und bekannter Eindringtiefe kann die Lebensdauer für diesen Fall vergleichsweise einfach prognostiziert werden. Eine andere Ursache für den Verlust der hydrophoben Wirkung ist die Entstehung von Mikro- und Makrorissen. Die Bilder 7.5 und 7.6 zeigen Ergebnisse von Dauerhaftigkeitsuntersuchungen, die am Institut für Bauforschung der RWTH Aachen durchgeführt wurden. Die Vorgehensweise und Bezeichnungen der Hydrophobierungen stimmen mit den Angaben zu Bild 7.3 überein. Die Randwinkeluntersuchungen ergaben bei den Hydrophobierungen A, B und C eine Abnahme der Wirksamkeit nach der UV-Bewitterung.

7

206

7 Oberflächenschutzsysteme

Bild 7.5: Randwinkel auf Beton C20/25, behandelt mit unterschiedlichen Hydrophobierungen, nach verschiedenen Lagerungen. Auftragsmenge 200 g/m²

7

Bild 7.6: Wasseraufnahme eines Betons C20/25, behandelt mit unterschiedlichen Hydrophobierungen, nach verschiedenen Lagerungen. Auftragsmenge 200 g/m²

7.3 Hydrophobierungen (OS 1)

207

Der Einfluss der UV-Bewitterung und Karbonatisierung auf die Wasseraufnahme (Bild 7.6) spiegelt nicht vollständig die Ergebnisse der Randwinkeluntersuchungen wider: Die UVBewitterung bedingt eine erhöhte Wasseraufnahme bei den Produkten B und C. Bei den Produkten A, B und C erhöht eine Karbonatisierung ebenfalls die Wasseraufnahme. Die Betrachtung der Ergebnisse (Randwinkel und Wasseraufnahme) verdeutlicht den bekannten Effekt, dass die Messmethoden keine vergleichbaren Resultate liefern. Der Randwinkel erlaubt nur Aussagen zum Abperleffekt von Wassertropfen, hierüber kann keine Aussage zur lokalen Schädigung der Hydrophobierung im Porensystem getroffen werden.

7.3.3 Anwendungsbereiche Hydrophobierungen werden seit den sechziger Jahren in Deutschland im Wesentlichen auf Beton- sowie Natursteinfassaden eingesetzt, da sie vor und nach der Applikation des Produktes ein unverändertes Erscheinungsbild aufweisen. Des Weiteren können Hydrophobierungen als Vorbehandlung des Betons bei den Oberflächenschutzsystemen OS 2 und OS 4 verwendet werden. Die Anwendung auf Beton beschränkt sich nicht nur auf Fassaden, sondern erfolgt auch auf statisch relevanten Bauteilen, wie z. B. Fahrbahnoberbauten oder Brückenpfeilern. Weiterhin werden sie im maritimen Bereich angewandt. Durch das Senken der Bauwerksfeuchte und das Verhindern des Eindringens von Schadstoffen mit dem Einsatz von Hydrophobierungen ist der Korrosionsschutz der Bewehrung ein interessantes Einsatzgebiet auf Beton. Der Einsatz von Hydrophobierungen auf Ingenieurbauwerken, die einem Abrieb oder einer konstanten Medienbeaufschlagung unterliegen, wird, im Gegensatz zu einigen europäischen Nachbarn, in Deutschland kritisch gesehen. Gründe hierfür sind fehlende Kenntnisse zur Dauerhaftigkeit derartiger Maßnahmen und zum Einfluss nachträglich entstehender Risse. Sind Risse im Bauwerk, sollten diese vor einer Hydrophobierung verschlossen werden. Zu hydrophobierende bzw. bereits hydrophobierte Oberflächen sollten nur Risse mit einer Rissbreite unterhalb von etwa 0,1 mm aufweisen. Dies gilt insbesondere für alte Betonbauwerke mit minderer Betonqualität. Wittmann und Meier schreiben in /Wit04/ hingegen: •

Bei Oberflächenrissen mit Rissweiten von w  0,3 mm, welche vor der Hydrophobierung bereits vorhanden sind, werden die Rissflanken bei korrekter Applikation durch eindringenden Wirkstoff ebenfalls hydrophobiert. Bei Rissen, mit deren Entstehung nach einer Hydrophobierungsmaßnahme zu rechnen ist, oder bei Rissen, die eine Rissweite von w > 0,3 mm aufweisen, ist folgende Anforderung an die minimal erforderliche effektive Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels zu stellen: Eindringtiefe smin  (12 w + 2) mm. Diese Angaben gelten nur bis zu Rissbreiten von maximal 0,75 mm. Im Zweifelsfall sind die Risse zu verpressen. Dies gilt in jedem Fall für Trennrisse.

•

Wind kann dazu führen, dass das Wasser trotz Hydrophobierung in einen Riss „gedrückt“ wird. Die maximal zulässige Rissweite wmax kann als Funktion der zu erwartenden Windgeschwindigkeit v in m/s abgeschätzt werden: wmax = 180/v² in mm /Gis99/. Weisen Bauteile, die Wind ausgesetzt sind, Risse mit Rissweiten von w > wmax auf, müssen diese vor der Hydrophobierung verpresst werden.

Die kritische Rissbreite, ab der die Risse vor der Hydrophobierung geschlossen werden müssen, muss daher im Einzelfall unter Berücksichtigung der Möglichkeiten einer Rissbehandlung und der Konsequenzen eines eventuellen Versagens der Hydrophobierung im Rissbereich festgelegt werden.

7

208

7 Oberflächenschutzsysteme

7.3.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil

7

Für den erfolgreichen Einsatz von Hydrophobierungen ist zunächst der Betonuntergrund entsprechend vorzubereiten. Der Beton sollte weitgehend hydratisiert sein, um große Veränderungen im hydrophobierten Porensystem zu vermeiden (minimales Alter etwa 28 Tage). Kann dies nicht eingehalten werden, ist die Wirksamkeit regelmäßig zu überprüfen. Die Kapillarporen des Betons dürfen nicht wassergefüllt sein. Zum Erzielen hoher Eindringtiefen muss der Beton trocken sein. Hierzu muss die Betonoberfläche je nach Betonqualität und Anforderungsklasse über einen Zeitraum zwischen 3 bis 28 Tage vor der Durchführung der hydrophobierenden Maßnahme vor Kontakt mit flüssigem Wasser geschützt werden /Wit04/. Die Betonoberfläche muss frei von Verschmutzungen, organischem Bewuchs, Beschichtungs- oder Schalölrückständen usw. sein, damit die Kapillarporen zugänglich sind. Bei der Reinigung der Betonoberfläche sind mechanische Reinigungsverfahren ohne Wasser einer Reinigung mit Wasser vorzuziehen, um den Beton nicht zu nässen. Bezüglich der Witterungsbedingungen vor, während und nach der Applikation der Hydrophobierung sind alle Vorgaben der Produkthersteller einzuhalten. Die Temperatur des Betonuntergrundes sowie der unmittelbar überlagernden Luftschicht soll i. d. R. mindestens 8 und maximal 25 °C betragen. Weiterhin muss die Bauteiltemperatur 3 K über dem Taupunkt liegen. Eine zu behandelnde Oberfläche muss vor einer hydrophobierenden Maßnahme hinreichend lange vor Regen und Feuchtigkeit geschützt werden. Während der Applikation sollte die Windgeschwindigkeit 5 m/s nicht überschreiten. Zur Erhöhung der Eindringtiefe sollte, soweit möglich, die Betonoberfläche nach der Hydrophobierung weitestgehend dampfdicht abgedeckt werden. Flüssige Produkte werden i. d. R. in flutender Weise auf die Betonoberfläche aufgetragen. Dazu wird normalerweise mit einer Airless-Spritze die Flüssigkeit so aufgetragen, dass sich auf der Bauteiloberfläche ein durchgehender Flüssigkeitsfilm bildet. Bei horizontalen Flächen über Kopf empfiehlt es sich, die Flüssigkeit aufzurollen oder aufzupinseln. Nach etwa 10 bis 30 Minuten erfolgt ein zweiter Auftrag (Nass-in-Nass). Um das Risiko von Fehlstellen zu reduzieren, sollte die Applikation durch qualifiziertes Personal in mindestens zwei Durchgängen erfolgen. Bei relativ dichtem Beton und hohen Betonfeuchtigkeiten sind ggf. mehr Applikationsdurchgänge erforderlich /Mei02/. Eine Alternative zur mehrmaligen Applikation ist die Erhöhung der Kontaktzeit zwischen dem Hydrophobierungsmittel und der Betonoberfläche. Die technische Umsetzung kann bei flüssigen Produkten jedoch relativ aufwendig werden. Bei horizontalen Flächen kann das Produkt einfach verteilt und nach Erreichen der entsprechenden Kontaktzeit abgeschöpft werden. Für vertikale Flächen unterbreitet /Mei02/ Vorschläge. Anstelle flüssiger Hydrophobierungsmittel können jedoch auch Cremes oder Pasten verwendet werden. Die am Markt erhältlichen Cremes oder Pasten werden aufgerollt, aufgepinselt oder aufgespritzt. In einem Arbeitsgang kann üblicherweise eine maximale Menge von etwa 300 g/m² aufgebracht werden /Mei02/. Die Produkte dringen im Verlauf mehrer Stunden in den Untergrund ein.

7.4 Beschichtungen ohne Rissüberbrückung

209

7.4 Beschichtungen für nicht begeh- und befahrbare Flächen ohne Rissüberbrückung (OS 2 und OS 4) 7.4 Beschichtungen ohne Rissüberbrückung

7.4.1 Aufbau 7.4.1.1 Aufbau des OS 2 / OS B Der Aufbau des OS 2 ist in Bild 7.7 dargestellt. Zunächst werden eine Hydrophobierung entsprechend OS 1 und ggf. eine Grundierung aufgetragen. Anschließend wird die hwO in mindestens zwei Arbeitsgängen appliziert. Die Hydrophobierung gewährleistet, dass kein Wasser in der Betonoberfläche ansteht. Damit wird einerseits das OS-System vor im Beton aufsteigender Feuchtigkeit geschützt und andererseits wird der Zutritt von Wasser in den Beton durch die Beschichtung verhindert. Die Grundierung erfolgt zur Verfestigung des Untergrundes und zur Erhöhung der Adhäsionskräfte. Bei einem Verzicht auf die Grundierung verhindert die Hydrophobierung auch die kapillare Aufnahme des Lösemittels (im Allgemeinen Wasser) der aufgebrachten Dispersionen durch den Beton. Die Oberflächenschutzschichten bestehen häufig aus Suspensionen oder Latex auf Acrylatbasis (Abschnitt 4.5). Der Bindemittelgehalt liegt etwa zwischen 20 und 35 M-%.

7

Bild 7.7: Regelaufbau eines OS 2 nach RL-SIB

210

7 Oberflächenschutzsysteme

7.4.1.2 Aufbau des OS 4 / OS C Der Aufbau des OS 4 ist in Bild 7.8 dargestellt. Der einzige Unterschied zum OS 2 besteht darin, dass beim OS 4 zunächst eine Kratz- bzw. Ausgleichsspachtelung aufgebracht und auf die Hydrophobierung ggf. verzichtet wird.

7 Bild 7.8: Regelaufbau eines OS 4 nach RL-SIB Feinspachtel

Bild 7.9: Mikroskop-Aufnahme von einem Schnitt durch ein OS 4-System

211

7.4 Beschichtungen ohne Rissüberbrückung

Durch das Egalisieren des Betonuntergrundes mit einem Ausgleichspachtel werden Unebenheiten im Untergrund beseitigt, dies ermöglicht eine weitgehend gleichmäßig dicke und fehlstellenfreie Beschichtung. Bild 7.9 zeigt eine Mikroskop-Aufnahme eines OS 4-Systems.

7.4.2 Eigenschaften Das Oberflächenschutzsystem OS 2 verhindert vergleichbar zur Hydrophobierung das kapillare Aufnehmen von Wasser und der darin gelösten Schadstoffe. Nachteilig gegenüber einem OS 1 ist die Veränderung des Erscheinungsbildes und die Reduzierung der Wasserdampfdiffusion durch die hwO. In Bezug auf die Wasserdampfdiffusion fordert die DIN V 18 026 eine äquivalente Luftschichtdicke des porenfreien Films sD(H2O) < 5 m. Das Karbonatisieren des Betons soll durch eine äquivalente Luftschichtdicke sD(CO2) > 50 m behindert werden. Die äquivalente Luftschichtdicke ergibt sich jeweils aus der Diffusionswiderstandszahl μ multipliziert mit der Trockenschichtdicke. In Tabelle 7.4 sind einige Untersuchungsergebnisse an Filmen auf Glasfritten zu Diffusionswiderständen für CO2 und H2O zusammengefasst. Engelfried /Eng00/ untersuchte ein gelöstes pigmentiertes Reinacrylat, ein wässriges pigmentiertes Reinacrylat und ein Dispersionssilikat nach einer einjährigen Lagerung im Labor sowie im Freibewitterungsstand auf dem Dach eines viergeschossigen Gebäudes in Dortmund. Das Dispersionssilikat erfüllt nicht die Forderung der RL-SIB nach einer äquivalenten Luftschichtdicke sD(CO2) > 50 m, so dass mit einer geringen Zunahme der Karbonatisierungstiefe im Laufe der Zeit zu rechnen ist. Der Tabelle ist zu entnehmen, dass die einjährige Freibewitterung eine deutliche Reduktion des CO2-Diffusionswiderstandes sowie eine Zunahme des H2O-Diffusionswiderstandes bedingt. Tab. 7.4: Diffusionswiderstände μ für CO2 und H2O der hwO einiger OS 2 /Eng00/ Beschichtung

Schichtdicke

1 Jahr Lagerung im Labor μCO2

sD,

7

1 Jahr Freibewitterung

μH2O

sD,

CO2

μCO2

H2O

sD,

μH2O

CO2

sD, H2O

-

μm

-

m

-

m

-

m

-

m

Acrylat gelöst

170

5.639.000

960

13.500

2,3

1.461.000

250

16.800

2,9

Acrylat dispergiert

185

2.565.000

470

750

0,14

674.600

125

5.500

1,0

Dispersionssilikat

140

88.570

12

680

0,1

115.000

16

1.240

0,17

Tab. 7.5: Wasseraufnahmekoeffizienten /Schw95/ Art des OS-Systems

Anzahl

Wasseraufnahmekoeffizient w in kg/m² h0,5 Kleinster Wert

Mittelwert

Größter Wert

Acrylatlösungen

8

0,004

0,007

0,009

Acrylatdispersionen

9

0,006

0,014

0,023

212

7 Oberflächenschutzsysteme

Tabelle 7.5 gibt mittlere Wasseraufnahmekoeffizienten für Oberflächenschutzsysteme OS 2 auf Basis von Acrylat-Lösungen und Acrylat-Dispersionen an. Die Untersuchungen wurden an Verbundproben durchgeführt. Der Arbeit von Schwamborn /Schw95/ ist zu entnehmen, dass die Haftzugfestigkeit von OSSystemen mit Lösungen auf Acrylatbasis bzw. Dispersionen bei 81 Versuchen nach vorherigen unterschiedlichen Lagerungen immer oberhalb der in der RL-SIB geforderten 0,8 N/mm² (Tabelle 2.1) lag. Die OS-Systeme wurden auf hydrophobierte Betone sowie Betone mit PCCFeinspachtel aufgebracht. Es wurden Haftzugfestigkeiten zwischen 1 und 4 N/mm² ermittelt (Bild 7.10). Das Oberflächenschutzsystem OS 4 verhindert ebenso wie das OS 2 das kapillare Aufnehmen von Wasser sowie der darin gelösten Schadstoffe und reduziert die Kohlenstoffdioxiddiffusion. Da das Material der hwO des OS 4 mit dem der OS 2 identisch ist, sind auch die Eigenschaften in der gleichen Größenordnung. Der PCC-Ausgleichspachtel im OS 4 hat keinen messbaren Einfluss auf das Diffusionsverhalten und die Wasseraufnahme. Bild 7.10 zeigt Haftzugfestigkeiten von OS 2 und OS 4-Systemen auf Beton mit AcrylatLösungen bzw. –Dispersionen. Eine signifikante Veränderung der Haftzugfestigkeit durch Einsatz einer Hydrophobierung bzw. eines PCC-Feinspachtels konnte im Falle der untersuchten Lösungen auf Acrylatbasis nicht festgestellt werden. Eine Labor-Applikation bei 8 °C und 80 % relativer Luftfeuchte sowie eine anschließende Bewitterung durch Temperaturwechselund Frost-Tausalz-Beanspruchung nach RL-SIB bedingt keine Abnahme der Haftzugfestigkeit.

7

Bild 7.10:

Haftzugfestigkeiten von OS 2 und OS 4-Systemen auf Beton nach unterschiedlichen Lagerungen (Werte von /Schw95/, MW: Mittelwert, k: kleinster, m: mittlerer, g: größter)

7.4 Beschichtungen ohne Rissüberbrückung

213

In den 80er Jahren wurden 27 verschiedene Instandsetzungssysteme auf Basis kunststoffmodifizierter Zementmörtel, Epoxidharzmörtel, Zementmörtel sowie Spritzmörtel auf Betonplatten appliziert und seitdem im Freien, ohne mechanische Beanspruchung, ausgelagert. Ein Grossteil der untersuchten Systeme wurde mit Acrylharz beschichtet. Nach 20 Jahren wurden diese Systeme an der Ruhr-Universität Bochum untersucht /Bre07/. Die Karbonatisierungstiefe der Betone mit intakten Oberflächenschutzsystemen blieb über 20 Jahre Freibewitterung im RheinMain-Gebiet unter 1 mm, bei einer durchschnittlichen Schichtdicke von etwa 150 μm. Sogar im Bereich schmaler Risse (bis max. 0,15 mm) konnte die Karbonatisierungstiefe mit den Beschichtungen auf wenige mm beschränkt werden /Bre07/.

7.4.3 Anwendungsbereiche Das OS 2 dient dem Schutz freibewitterter Betonflächen, die nicht begangen und/oder befahren werden und einen ausreichenden Wasserabfluss ermöglichen. Die Beschichtung reduziert den CO2-Durchtritt zum Stahlbeton sowie die Wasseraufnahme. Die Betonfläche wird vor Frost-/Tausalz-Angriffen geschützt. Durch Pigmente lasierend wirkende oder deckende Beschichtungen werden häufig auf neu errichteten Betonoberflächen auch aus optischen Gründen eingesetzt. Das OS 4 wird an Fassaden, Ingenieurbauwerken sowie anderen nicht begeh- und befahrbaren, zudem mechanisch unbelasteten, Betonflächen eingesetzt. Es ist Bestandteil der Regelmaßnahmen für Instandsetzungen nach den Instandsetzungsprinzipien „W“ und „C“ der RL-SIB /DAfStb01/ (Bild 1.3). Vergleichend wird das OS 4-System im Wesentlichen bei Instandsetzungsmaßnahmen eingesetzt, während das OS 2-System häufig zum Schutz neuer Betonbauwerke verwendet wird.

7.4.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Der Untergrund wird i. d. R. durch Strahlen mit festem Strahlmittel vorbereitet. Er muss den Anforderungen nach Abschnitt 3.4.2 genügen und nach RL-SIB eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit von 0,8 N/mm² aufweisen (kleinster Einzelwert: 0,5 N/mm²). Zur Untergrundfeuchte gelten beim OS 2 die gleichen Angaben wie beim OS 1: der Beton sollte möglichst trocken sein. Zum Auftragen des Feinspachtels des OS 4-Systems sollte der Untergrund vorgenässt sein. Die Angaben der technischen Merkblätter sind zu beachten. Die Oberflächentemperatur soll mindestens 5 °C und maximal 30 °C während der Kratz- bzw. Ausgleichspachtelung betragen. Die Oberflächentemperatur während des Applizierens der hwO soll mindestens 8 °C und höchstens 30 °C für einkomponentige gelöste bzw. zwischen 10 °C und 40 °C für wasserdispergierbare Stoffe betragen und 3 K über der Tautemperatur der umgebenden Luft liegen. Der Auftrag des Feinspachtels erfolgt von Hand oder maschinell. Die Spachtelung muss vor Verdunstung durch Nachbehandlung geschützt werden. Bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchte kann etwa 24 Stunden später (Herstellerangaben beachten) eine weitere Schicht aufgebracht werden. Das Applizieren der hwO erfolgt im Streich-, Roll- oder AirlessSpritzverfahren. Die hwO wird in mindestens zwei getrennten Arbeitsgängen aufgebracht. Die Wartezeit zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten ist den technischen Merkblättern der Hersteller zu entnehmen. Die Schichtdicke der hwO muss nach RL-SIB mindestens 80 μm betragen. Sie ist von der Rauheit des Untergrundes abhängig (siehe Tabelle 7.1).

7

214

7 Oberflächenschutzsysteme

7.5 Beschichtungen für nicht begeh- und befahrbare Flächen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 5) 7.5 Beschichtungen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit

7.5.1 Aufbau des OS 5a und OS 5b / OS DII und OS DI Das Oberflächenschutzsystem OS 5 gliedert sich in Abhängigkeit von der Bindemittelgruppe der hwO in OS 5a und OS 5b. Beim OS 5a besteht die hwO aus einer Polymerdispersion, während beim OS 5b ein Polymer/Zement-Gemisch (elastische Dichtungsschlämme) für die hwO eingesetzt wird. Die Bilder 7.11 und 7.12 zeigen den Regelaufbau der beiden Systeme.

7

Bild 7.11: Regelaufbau eines OS 5a nach RL-SIB

Bild 7.12: Regelaufbau eines OS 5b nach RL-SIB

7.5 Beschichtungen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit

215

Die Polymerdispersionen sind überwiegend Reinacrylate, deren Bindemittelgehalte zwischen 17 und 36 % liegen. Um gleichmäßige Schichtdicken der hwO zu realisieren, ist stets der Auftrag eines Feinspachtels erforderlich. Da elastische Dichtungsschlämmen (OS 5b) bei Freibewitterung zu starker Verschmutzung neigen, ist eine Deckversiegelung sinnvoll. Für zementgebundene Kratz- und Ausgleichsspachtel sowie OS 5b sind Zemente nach DIN EN 197-1 oder DIN 1164 sowie Gesteinskörnungen nach DIN 4226-1 zu verwenden. Bild 7.13 verdeutlicht den Aufbau eines OS 5a-Systems anhand einer Mikroskop-Aufnahme. Der Aufbau eines OS 5b-Systems ist in Bild 7.16 dargestellt.

Bild 7.13: Mikroskop-Aufnahme von einem Schnitt durch ein OS 5a-System

7

Bild 7.14: Wasseraufnahme, Diffusionswiderstandszahl μ gegenüber H2O und CO2 von freien Filmen der hwO von OS 5a und OS 5b (Werte von /Schw95/)

216

7 Oberflächenschutzsysteme

7.5.2 Eigenschaften Das Oberflächenschutzsystem OS 5 soll die gleichen Anforderungen wie das OS 4 erfüllen, jedoch zusätzlich eine Rissüberbrückungsfähigkeit für oberflächennahe Risse aufweisen. Diese rissüberbrückende Eigenschaft wird durch Elastifizierung bzw. ausreichende Schichtdicke erreicht. Anhaltswerte für die Wasseraufnahme sowie den Diffusionswiderstand gegenüber H2O und CO2 freier Filme der hwOs von OS 5a und OS 5b sind in Bild 7.14 dargestellt. Der Wasseraufnahmekoeffizient von OS 5a-Systemen mit PCC-Feinspachtel auf Beton beträgt etwa 0,012 bis 0,022 kg/m²h0,5. Für ein OS 5b-System wurde ein Wasseraufnahmekoeffizient von 0,013 kg/m²h0,5 ermittelt /Schw95/. In /Rau02/ wurden Oberflächenschutzsysteme unterschiedlichen Bewitterungen unterzogen und nachfolgend hinsichtlich visueller Veränderungen, Gitterschnitt, Schichtdicken, Haftzugfestigkeit und Rissüberbrückungsfähigkeit untersucht. Bild 7.15 zeigt Haftzugfestigkeiten von jeweils einem OS 5a und OS 5b-System auf Betonplatten nach sowohl künstlicher als auch natürlicher Bewitterung. Das OS 5a-System wies als Feinspachtel ein elastisches PolymerZement-Gemisch auf und die hwO bestand aus einer Acrylatdispersion. Das OS 5b-System wies nur ein Polymer-Zement-Gemisch als hwO auf. Die Trockenschichtdicke der hwO des OS 5a Systems betrug an der Referenzplatte (Ref) 0,277 mm, während die Trockenschichtdicke des OS 5b Systems an der Referenzplatte bei 2,414 mm lag. Die Bewitterung wird in Tabelle 7.6 erläutert. Tab. 7.6: An OS-Systemen durchgeführte Bewitterungen

7

Bezeichnung

Beschreibung

KB 1

Künstliche Bewitterung nach DIN 53 384: kontinuierliche Strahlung, Strahlungsfunktion B (Bestrahlung He: 250 MJ/m²) 5 h Trocknungsphase, Schwarzstandard-Temperatur 55 °C, Schwarzstandard-Temperatur 20 °C, Gesamtdauer 1240 h

KB 2

Benässung

Künstliche Bewitterung nach DIN 53 384: kontinuierliche Strahlung, Strahlungsfunktion B (Bestrahlung He: 500 MJ/m²) 5 h Trocknungsphase, Schwarzstandard-Temperatur 55 °C, Schwarzstandard-Temperatur 20 °C, Gesamtdauer 2480 h

FTS

1h

1h

Benässung

Temperaturwechselbeanspruchung über 20 Zyklen •

Warmlagerung: T = 60 °C über 5 h 45 min

•

Beregnung mit Leitungswasser: T = 12 °C über 15 min

Frost-Tausalz-Beanspruchung über 100 Zyklen •

2 h Lagerung in gesättigter Kochsalzlösung bei T = -15 °C

•

2 h Wasserlagerung bei T = 20 °C

S

Freibewitterung auf Sylt. Probenexposition mit einer Neigung von 45° Richtung Süden. Untersuchungen nach 3a, 5a und 12a

D

Freibewitterung auf Duisburg. Probenexposition mit einer Neigung von 45° Richtung Süden. Untersuchungen nach 3a, 5a und 12a

7.5 Beschichtungen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit

217

Bild 7.15: Haftzugfestigkeiten eines OS 5a und OS 5b-Systems auf Beton nach unterschiedlichen Bewitterungen (siehe Tabelle 7.6, Werte zum Teil aus /Rau02/)

Bild 7.15 ist zu entnehmen, dass die Haftzugfestigkeit bei beiden OS-Systemen infolge der Freibewitterung gegenüber der Referenz ansteigt. Eine Abnahme der Haftzugfestigkeit gegenüber der Referenz ist auch nach 12 Jahren Freibewitterung nicht erkennbar. Obwohl die Zahl der Frost-Tau-Wechsel in der Freibewitterung höher ist als im Labor (nach 5 Jahren rund 200 Frosttage), wurde die geringste Haftzugfestigkeit nach der Frost-Tausalz-Belastung im Labor ermittelt. Mittlerweile wurde die Zyklenzahl der Frost-Tausalz-Belastung im Labor in den Normen und Regelwerken reduziert. Die Rissüberbrückung wurde in /Rau02/ an beschichteten Prismen nach der damaligen ZTVSIB 90 (TP OS) geprüft. Die Prüfbedingungen für die Rissüberbrückungsklassen stimmen jedoch mit der heutigen RL-SIB und DIN EN 1062-7 weitestgehend überein. Die Prüfbedingungen für die Rissüberbrückungsklassen sind in Tabelle 7.7 zusammengefasst. Die Ergebnisse der Rissüberbrückungsprüfung an den OS 5a und OS 5b-Systemen (gleiche Systeme wie im Bild 7.15, Bewitterung nach Tabelle 7.6) sind in den Tabellen 7.8 und 7.9 dargestellt. Ein Vergleich der Werte verdeutlicht, dass das OS 5a-System eine höhere Rissüberbrückungsfähigkeit aufweist. Beim OS 5b-System wird nach 12 Jahren die Rissüberbrückungsklasse IT nicht mehr erreicht. Die maximal überbrückte Rissbreite bei Raumtemperatur wurde nach Versuchende bestimmt, indem das Prisma bis zum Auftreten von Fehlstellen an der Beschichtungsoberfläche auf Zug beansprucht wurde. Hierzu wurden die Proben jedoch vorher sieben Tage bei 70 °C gelagert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Rissüberbrückungsfähigkeit der ausgewählten OS 5-Systeme tendenziell im Laufe der Zeit sinkt.

7

218

7 Oberflächenschutzsysteme

Tab. 7.7: Prüfbedingungen zur Bestimmung der Rissüberbrückung von bewitterten OSSystemen, Prüftemperatur: -20 °C Klasse

Rissart

Prüfbedingungen

IT (B 2 nach DIN EN 1062-7)

Vorhandene und nachträglich entstehende oberflächennahe Risse, max. Rissbreite 0,15 mm, Bewegung unter Temperaturbeanspruchung bis 0,05 mm

wo = 0,15 mm wu = 0,10 mm n = 1000 f = 0,03 Hz w = 0,05 mm

}Trapez

IIT (B 3.1 nach DIN EN 1062-7)

Vorhandene und nachträglich entstehende oberflächennahe Risse und/oder Trennrisse, max. Rissbreite 0,3 mm, Bewegung unter Temperaturbeanspruchung bis 0,2 mm

wo = 0,30 mm wu = 0,10 mm n = 1000 f = 0,03 Hz w = 0,2 mm

}Trapez

IIT+V

Überlagerte Rissbreitenwechsel mit Sinusfunktion aus Temperatur- und Lastbeanspruchung aus Verkehr

und wL = ±0,05 mm n = 100000 f = 5 Hz

Sinus

Legende f Frequenz w Änderung der Rissbreite wo größte Rissbreite

7

n wL wu

Anzahl der Zyklen belastungsabhängige Rissbewegung kleinste Rissbreite

Bild 7.16 zeigt ein Rissüberbrückungsprisma mit OS 5b-System nach dem Versuch. Dieser Probekörper wurde zuvor 12 Jahre in Sylt freibewittert. Auf der Probenoberfläche waren Verschmutzungen, überwiegend durch Bewuchs, vorhanden. Zur Erfassung der unterseitigen Risse in der Beschichtung wurden nach dem Versuch acht Scheiben senkrecht zum Riss aus dem Prisma gesägt und unter dem Lichtmikroskop auf Anrisse oder Ablösungen vom Untergrund untersucht. Im Bild 7.16, rechts ist zu erkennen, dass der Riss sowohl an der Unter- als auch an der Oberseite der Beschichtung vorhanden ist. Eine Ablösung vom Untergrund ist nicht erkennbar.

Bild 7.16: Geprüftes Rissüberbrückungsprisma mit OS 5b-System nach Freibewitterung auf Sylt. Links: Draufsicht und rechts: Rissansicht

219

7.5 Beschichtungen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit

System

Tab. 7.8: Ergebnisse der Rissüberbrückungsuntersuchungen an einem OS 5a-System nach unterschiedlichen Bewitterungen /Rau02/ Beanspruchung

Probe

Rissüberbrückungsklasse

Ergebnis der visuellen Breite oberseitUntersuchung wähiger Anrisse rend der dynamischen Prüfung Anteil ob- Zyklenzahl, erseitiger bei der erste Anrisse Anrisse auftraten

-

-

-

-

%

Ref.

1 2 3

IT

0 0 0

KB 1

1 2 3

IT

0 0 0

KB 2

1 2 3

IT

0 0 0

S3

1 2 3

IT IT IIT

0 0 13

D3

1 2 3

IT IT IIT

0 0 0

S5

1 2 3

IT IT IIT

0 0 0

D5

1 2 3

IIT IIT IIT

0 30 0

S 12

1 2 3

IT IT IIT

0 0 0

OS 5a

n. b.

nicht bestimmt, Probe bereits durchgerissen

nach der dynamischen Prüfung/nach der Wärmealterung 7 d/70 °C

-

Ergebnisse der Untersuchung nach der Wärmealterung 7 d/70 °C maximal überbrückte Rissbreite

mm 1,70 1,60 1,65 1,75 1,00 1,00

-

0,75 0,30 0,80 > 309

0,145/0,193

0,70 0,75 0,90 1,00 0,90 0,90

-

1,00 1,40 0,90 > 311 -

0,265/0,337 -

0,85 n. b. 0,75 0,50 0,80 0,35

7

220

7 Oberflächenschutzsysteme

System

Tab. 7.9: Ergebnisse der Rissüberbrückungsuntersuchungen an einem OS 5b-System nach unterschiedlichen Bewitterungen /Rau02/ Beanspruchung

Probe

Rissüberbrückungsklasse

Ergebnis der visuellen Untersuchung während der dynamischen Prüfung Anteil oberseitiger Anrisse

-

7

Zyklenzahl, bei der erste Anrisse auftraten

Breite oberseitige Anrisse

Ergebnisse der Untersuchung nach der Wärmealterung 7d/70 °C

nach der dynamischen Prüfung/ nach der Wärmealterung 7 d/70 °C

max überbrückte Rissbreite bei Raumtemperatur

mm

mm

-

-

-

%

Ref.

1 2 3

IT

0 0 0

KB 1

1 2 3

IT

0 0 0

KB 2

1 2 3

IT

0 0 0

S3

1 2 3

IT

100 0 0

> 177 -

0,409/0,409 -

1,20

D3

1 2 3

IT IIT IT

0 100 100

4 > 100

0,277/0,301 0,120/0,181

-

S5

1 2 3

IT

0 0 0

D5

1 2 3

IT IIT IT

0 100 0

S 12

1 2 3

IT

100 90 n. b.

OS 5b

-

2,10 -

0,50 1,60

-

1,80

20 -

0,325/0,385 -

1,95

>100 190 n. b.

0,162/0,413 0,103/0,172 n. b.

-

n. b.: nicht bestimmt

7.5.3 Anwendungsbereiche OS 5-Systeme werden an Fassaden, Ingenieurbauwerken sowie anderen nicht begeh- und befahrbaren Betonbauwerken eingesetzt, wenn neben der Reduzierung der Kohlenstoffdioxiddiffusion, der Wasseraufnahme und des Eindringens schädlicher Stoffe eine Rissüberbrückungsfähigkeit für oberflächennahe Risse benötigt wird. Die Rissüberbrückungsfähigkeit umfasst Risse einer maximalen Breite von 0,15 mm und Breitenänderungen von höchstens 50 μm. Das

7.6 Beschichtungen unter Dichtungsschichten (OS 7)

221

OS 5-Systeme werden wie die OS 4-Systeme häufig im Zusammenhang mit den Instandsetzungsprinzipien „C“ und „W“ (Bild 1.3) der RL-SIB verwendet.

7.5.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Der Untergrund ist i. d. R. durch Strahlen vorzubereiten. Er muss den Anforderungen nach Abschnitt 3.4.2 genügen und nach RL-SIB eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit von 1,3 N/mm² mit Feinspachtel und 1,0 N/mm² ohne Feinspachtel aufweisen (Tabelle 2.1). Zum Auftragen des Feinspachtels sollte der Untergrund vorgenässt sein. Angaben der technischen Merkblätter sind zu beachten. Die erforderlichen Oberflächentemperaturen sind in Tabelle 3.2, Abschnitt 3.4.2 angegeben. Der Auftrag des Feinspachtels erfolgt von Hand oder maschinell. Die Spachtelung muss vor Verdunstung durch Nachbehandlung geschützt werden. Bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchte kann etwa 24 Stunden später (Herstellerangaben beachten) eine weitere Schicht aufgebracht werden. Nachfolgend kann beim OS 5a eine Grundierung aufgebracht werden. Die Grundierung ist im Allgemeinen ebenfalls eine Polymerdispersion. Das Applizieren der hwO erfolgt beim OS 5a im Streich-, Roll- oder Airless-Spritzverfahren. Die hwO wird häufig in drei Arbeitsgängen aufgebracht. Die Auftragsmenge zum Erzielen der Mindestschichtdicke liegt beim OS 5a bei etwa 1,2 bis 1,5 kg/m². Dies ist jedoch materialabhängig und entsprechend den technischen Merkblättern zu entnehmen. Die Wartezeit zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten ist ebenfalls den technischen Merkblättern der Hersteller zu entnehmen. Der Auftrag des Polymer-Zement-Gemisches des OS 5b erfolgt manuell mit Kelle, Bürste etc. oder maschinell im Spritzverfahren. Der Verbrauch liegt je nach Produkt bei etwa 3 bis 4 kg/m². Das aufgebrachte Polymer-Zement-Gemisch ist während der Erhärtung vor Austrocknung zu schützen. Abschließend folgt bei beiden Varianten eventuell die Deckversiegelung. Diese besteht häufig ebenfalls aus einer Polymerdispersion. Polymerdispersionen und deren Verarbeitung sind im Abschnitt 4.5 beschrieben.

7.6 Beschichtungen unter Dichtungsschichten (OS 7) Das OS 7 der RL-SIB /DAfStb01/ ist kein eigenständiges Oberflächenschutzsystem, sondern die „Unterlage“ für Schutzschichten auf Brücken. In erster Linie ist das OS 7 Bestandteil einer Brückenabdichtung, die in Abschnitt 7.13 beschrieben ist. Je nach Oberflächenbeschaffenheit des Untergrundes besteht das OS 7 aus einer Grundierung ggf. mit Versiegelung oder Kratzspachtelung. Der Kratzspachtel dient dem Rauhigkeitsausgleich bei Rautiefen über 1,5 mm bis max. 5 mm. Es wird ein Porenverschluss der Betonoberfläche mit dem OS 7 angestrebt. Dabei ist darauf zu achten, dass das verwendete Material kurzzeitig hitzebeständig ist, da beim Aufbringen einer Abdichtung aus Gussasphalt 250 °C entstehen. Beim Aufschweißen bituminöser Dichtungsbahnen entstehen an der Betonoberfläche kurzzeitig bis zu 700 °C. Treten diese Temperaturen nur wenige Sekunden auf, wird ein geeignetes OS 7 nicht erkennbar geschädigt /Rau06b/. Der Untergrund muss eine Oberflächenzugfestigkeit von mindestens 1,5 N/mm² aufweisen sowie sauber und trocken sein. Es gelten die in Abschnitt 3.4.2 genannten Anforderungen.

7

222

7 Oberflächenschutzsysteme

Als Grundierung werden Epoxidharze mit einer Viskosität zwischen etwa 500 und 750 m Pa·s bei 23 °C verwendet. Der Verbrauch beträgt je nach Untergrundrauheit ca. 300 bis 500 g/m². Die Grundierung wird mit ofengetrocknetem Quarzsand der Körnung 0,2 mm bis 0,7 mm (ca. 500 bis 800 g/m²) abgestreut. Die Versiegelung mit Epoxidharz erfolgt zweilagig: Zunächst wird eine Grundierung aufgebracht, die im Überschuss abzustreuen ist. Danach wird im zweiten Arbeitsgang mindestens 600 g/m² so aufgebracht, dass die Abstreuung gleichmäßig benetzt ist und eine augenscheinlich geschlossene Oberfläche vorliegt. Die Oberfläche wird nicht abgestreut. Die Kratzspachtelung, ein Reaktionsharzmörtel aus Epoxidharz, wird entweder frisch in frisch auf die mit Epoxidharz vorbehandelte Oberfläche oder auf eine erhärtete Grundierung aufgebracht. Die Oberfläche der Kratzspachtelung ist mit trockenem Quarzsand abzustreuen. Die Vorgehensweise beim Anmischen der Reaktionsharze ist den technischen Merkblättern der jeweiligen Produkte zu entnehmen. Eine detaillierte Beschreibung der Zusammensetzung der Reaktionsharze sowie daraus resultierenden allgemeinen Randbedingungen bei der Verarbeitung befindet sich in Abschnitt 4.3.

7.7 OS 8-Beschichtungen als starre Bodenbeschichtungen 7.7.1 Aufbau des OS 8

7

In der RL-SIB von 2001 ist das OS 8 nicht mehr enthalten, weil es in einer Norm für Fußbodenbeschichtungssysteme geregelt werden sollte. Da dies jedoch nicht erfolgt ist, wurde es im Dezember 2005 in Form einer zweiten Berichtigung wieder in der RL-SIB aufgenommen. Hierbei erfolgte auch die Anpassung an neue Erkenntnisse. Dies betrifft vor allem die Mindestschichtdicke, die auf 1,5 mm bei reinen Schutzmaßnahmen bzw. 2,5 mm bei Instandsetzungen erhöht wurde.

Bild 7.17: Regelaufbau eines OS 8

7.7 OS 8-Beschichtungen als starre Bodenbeschichtungen

223

Der Regelaufbau eines Oberflächenschutzsystems OS 8 ist in Bild 7.17 dargestellt. Überwiegend werden Epoxidharze für die Grundierung, hwO und Deckversiegelung eingesetzt. Die Grundierung wird mit Quarzsand abgestreut. Die hwO ist in Abhängigkeit der Schichtdicke mit Quarzsand gefüllt. Abschließend sollte eine Deckversiegelung aufgebracht werden, um den Verschleißwiderstand zu erhöhen. Bild 7.18 verdeutlicht den Aufbau eines OS 8-Systems anhand einer Mikroskop-Aufnahme. In diesem Fall ist die hwO mit Quarzsand 0,2–0,7 mm gefüllt. Sowohl die Grundierung als auch die hwO wurden mit Quarzsand abgestreut. Zusätzlich gibt es Varianten des OS 8, bei denen eine vorgefüllte Grundierspachtelung mit einer Deckversieglung aufbracht wird.

7 Bild 7.18: Mikroskop-Aufnahme von einem Schnitt durch ein OS 8-System

7.7.2 Eigenschaften Das Oberflächenschutzsystem OS 8 verhindert das kapillare Aufnehmen von Wasser sowie der darin gelösten Schadstoffe. Das Eindringen von Chloriden und Kohlenstoffdioxid wird reduziert. Der Wasserdampfdiffusionswiderstand ist gegenüber OS 1-, OS 2-, OS 4- und OS 5Systemen höher. Bei sechs untersuchten OS 8-Systemen lag die mittlere Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ bei 64.000 mit einem Minimalwert von 28.000 und einem Maximalwert von 106.000. Die Oberflächenschutzsysteme weisen aufgrund des starren Reaktionsharzes mit hohem Füllgrad an Quarzsand eine hohe Belastbarkeit hinsichtlich Druckbeanspruchung und Verschleiß auf. Griffigkeit und Rutschfestigkeit kann mit den Systemen ebenso wie ein hoher Widerstand gegen chemischen Angriff ermöglicht werden. Da die im Oberflächenschutzsystem eingesetzten Reaktionsharze starr sind, weisen die Systeme kein elastisches Verhalten und somit keine Rissüberbrückungsfähigkeit auf. Durch Elastifizierung der hwO-Materialien (siehe Abschnitt 4.3.3) kann eine gewisse Rissüberbrückungsfähigkeit von ca. 0,1 mm erreicht werden.

224

7 Oberflächenschutzsysteme

Eine zusätzliche Deckversiegelung kann durch die bessere Korneinbindung den Verschleißwiderstand deutlich erhöhen. Weiterhin führt ein gröberes Füllkorn ebenfalls zu einem höheren Verschleißwiderstand als ein feines Korn. Hierbei ist allerdings eine auf die Größe des Größtkorns angepasste Auftragsmenge des Epoxidharzes der hwO erforderlich. Um ein gegenüber Wasser und Chloriden weitgehend dichtes OS-System zu erhalten, muss eine durchgängige Schichtdicke des Reaktionsharzes vorliegen. Wird z. B. ein Füllkorn mit einem Größtkorn von 1 mm gewählt und die Schichtdicke beträgt auch nur 1 mm, ist die Beschichtung durchlässig. Die Verschleißfestigkeit der Beschichtung wird weiterhin durch die Haftzugfestigkeit zwischen den Schichten und zum Untergrund beeinflusst. Die Abstreuung der Grundierung verbessert die mechanische Verzahnung zwischen den einzelnen Schichten.

7.7.3 Anwendungsbereiche OS 8-Systeme werden für mechanisch und/oder chemisch beanspruchte, auch freibewitterte, Betonflächen eingesetzt. Einsatzgebiete sind u. a. Fahrbahnen, Parkhäuser, Behälter- und Rohrrinnenwandungen und Industrieböden. Da das System nicht rissüberbrückend ist, sollte ein Einsatz nur erfolgen, wenn keine neuen Risse zu erwarten sind und vorhandene Risse lokal behandelt werden.

7.7.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil

7

Der Untergrund ist so vorzubereiten, dass eine Oberflächenzugfestigkeit von 2 N/mm² vorliegt. Er muss sauber und trocken sein sowie die in Abschnitt 3.4.2 genannten Anforderungen erfüllen. Gemäß RL-SIB muss der Untergrund „trocken“ bis höchstens „feucht“ sein. Die Grundierung wird gewöhnlich flutend mit einem Gummischieber aufgetragen. Es werden etwa 300–500 g/m² benötigt. Die frische Grundierung wird mit Quarzsand abgestreut. Die hwO wird je nach Schichtdicke mit Füllkorn vermischt. Die rutschhemmende Wirkung wird durch Einstreuen mineralischer Mittel wie Quarzsand, Schlacken, Korund oder Siliziumkarbid in die Beschichtung direkt nach dem Auftragen erreicht. Um die Dauerhaftigkeit zu erhöhen, erfolgt das Aufbringen einer zusätzlichen Schicht, der Deckversiegelung. Die Vorgehensweise beim Anmischen der Reaktionsharze ist den technischen Merkblättern der jeweiligen Produkte zu entnehmen. Eine detaillierte Beschreibung der Zusammensetzung der Reaktionsharze sowie daraus resultierenden allgemeinen Randbedingungen bei der Verarbeitung befindet sich in Abschnitt 4.3.

7.8 Beschichtungen für nicht begeh- und befahrbare Flächen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 9) 7.8 Beschichtungen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit

7.8.1 Aufbau des OS 9/OS E Der Aufbau des Oberflächenschutzsystems OS 9 ist in Bild 7.19 dargestellt. Zunächst wird eine Kratzspachtelung aus kunststoffmodifiziertem Zement- oder Reaktionsharzgebundenem Mörtel (i. Allg. ist das Reaktionsharz ein Epoxidharz) aufgetragen. Darauf folgt i. d. R. eine Grundierung auf Epoxidharzbasis. Anschließend wird die hwO in zwei Arbeitsgängen aufge-

7.8 Beschichtungen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit

225

tragen. Im Unterschied zum OS 5a wird ein anderes Material für die hwO (im Wesentlichen Reaktionsharze) eingesetzt, und die Schichtdicke ist größer. Hieraus resultiert eine höhere Rissüberbrückungsfähigkeit. Abschließend folgt ggf. eine Deckversiegelung. Bild 7.20 verdeutlicht den Aufbau eines OS 9-Systems anhand einer Mikroskop-Aufnahme. In diesem Fall wurde die erste Schicht der hwO mit Quarzsand gefüllt.

Bild 7.19: Regelaufbau eines OS 9-Systems

7

Bild 7.20: Mikroskop-Aufnahme eines OS 9-Systems

226

7 Oberflächenschutzsysteme

7.8.2 Eigenschaften Das Oberflächenschutzsystem OS 9 verhindert ebenfalls die Aufnahme von Wasser und Schadstoffen. Es reduziert das Eindringen von Kohlenstoffdioxid. Die WasserdampfDurchlässigkeit ist verglichen mit OS 5-Systemen jedoch geringer. Bild 7.21 ist zu entnehmen, dass die Haftzugfestigkeit zweier OS 9-Systeme infolge einer bis zu 12jährigen Freibewitterung in Duisburg und Sylt gegenüber der Referenz etwa konstant bleibt (System a) bzw. ansteigt (System b). Der Aufbau der beiden OS 9-Systeme ist in Tabelle 7.10 dargestellt. Vergleichend weist das System b höhere Haftzugfestigkeiten auf als das System a. Beim System b nehmen ferner die Haftzugfestigkeiten infolge jeglicher Bewitterungsart zu.

7

Bild 7.21: Haftzugfestigkeiten zweier OS 9-Systeme auf Beton nach unterschiedlichen Bewitterungen (siehe Tabelle 7.6, Werte zum Teil aus /Rau02/)

Die Rissüberbrückung wurde auch an den OS 9-Systemen an beschichteten Prismen nach der damaligen ZTV-SIB 90 (TP OS) geprüft. Die Prüfbedingungen für die Rissüberbrückungsklassen sind in Tabelle 7.7 zusammengefasst. Das System a hat alle Rissüberbrückungsprüfungen mit der Rissklasse IIT+V bestanden. Vereinzelt sind unterseitige Anrisse von bis zu 15 % festgestellt worden. Damit weist das System auch nach 12jähriger Freibewitterung noch die volle Rissüberbrückungsfähigkeit auf.

227

7.8 Beschichtungen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit

Tab. 7.10: Aufbau der untersuchten OS 9-Systeme (System a und System b) System a

System b Beton als Substrat

Dispersionsspachtel

Dispersionsspachtel

Wässrige EP-Grundierung

EP-Grundierung

Lösemittelfreie PUR-Beschichtung (1. Schicht gefüllt)

PUR-Spritzbeschichtung

Lösemittelarmer PUR-Decklack

PUR-Versiegelung

7.8.3 Anwendungsbereiche OS 9-Systeme sind für den Einsatz auf freibewitterten Betonbauteilen mit oberflächennahen Rissen und/oder Trennrissen gedacht. Es können maximale Rissbreiten von 0,3 mm und Rissbewegungen bis zu 0,2 mm überbrückt werden. Zusätzlich kann das System Rissbreitenwechsel infolge Verkehr ertragen. Die Flächen dürfen nicht begangen oder befahren werden. Sie können jedoch in Sprüh- oder Spritzwasserbereichen von Auftausalzen liegen. An Fassaden werden die Systeme meist auf den Bereich der Risse begrenzt. Das Einsatzgebiet des OS 9 ist vergleichsweise klein, da mit dem OS 11 ein befahrbares System mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit und mit dem OS 5 ein begrenzt rissüberbrückungsfähiges System für Fassaden vorliegt. Zurzeit sind keine geprüften OS 9-Systeme am Markt erhältlich, obwohl in gewissem Umfang Anfragen vorhanden sind.

7 7.8.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil Der Untergrund ist i. d. R. durch Strahlen vorzubereiten. Er muss den Anforderungen nach Abschnitt 3.4.2 genügen und nach RL-SIB eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit von 1,3 N/mm² aufweisen (kleinster Einzelwert 0,8 N/mm²). Zum Auftragen des Feinspachtels (Kratz- bzw. Ausgleichspachtelung, Abschnitt 5.7) sollte der Untergrund vorgenässt sein. Angaben der technischen Merkblätter sind zu beachten. Die erforderlichen Oberflächentemperaturen sind in Tabelle 3.2, Abschnitt 3.4.2 angegeben. Der Auftrag des Feinspachtels erfolgt von Hand oder maschinell. Die Spachtelung muss vor Verdunstung durch Nachbehandlung geschützt werden. Nachfolgend kann eine Grundierung, im Regelfall aus Epoxidharz, aufgebracht werden. Dies kann in zwei Arbeitsschritten erfolgen. Häufig wird im zweiten Schritt das noch nicht ausgehärtete Epoxidharz mit Quarzsand abgestreut, um die Haftzugfestigkeit zur nachfolgenden Schicht zu erhöhen. Das Applizieren der hwO erfolgt im Streich-, Roll- oder Spritzverfahren. Die hwO wird in mindestens zwei Arbeitsgängen aufgebracht. Die Auftragsmenge und Wartezeit zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten ist den technischen Merkblättern der Hersteller zu entnehmen. Eine nachfolgende Versiegelung erhöht die Dauerhaftigkeit der Beschichtung. Die Vorgehensweise beim Anmischen der Reaktionsharze ist den technischen Merkblättern der jeweiligen Produkte zu entnehmen. Eine detaillierte Beschreibung der Zusammensetzung der

228

7 Oberflächenschutzsysteme

Reaktionsharze sowie daraus resultierenden allgemeinen Randbedingungen bei der Verarbeitung befindet sich in Abschnitt 4.3.

7.9 Beschichtungen als Dichtungsschicht mit hoher Rissüberbrückung (OS 10) 7.9 Beschichtungen als Dichtungsschicht

7

Das OS 10 der RL-SIB /DAfStb01/ ist ebenso wie das OS 7 kein eigenständiges Oberflächenschutzsystem, sondern die Dichtungsschicht unter Belägen auf Brücken (ZTV-BEL-B, Teil 3). Es ist in hohem Maße rissüberbrückend. Dies wird erzielt, indem als Basis das OS 7 verwendet wird und darauf der Auftrag einer Polyurethanschicht erfolgt. Der komplette Aufbau (OS 10 mit Schutzschichten) wird im Abschnitt 7.13 dargestellt. Das OS 10 verhindert die Wasseraufnahme sowie das Eindringen beton- und stahlangreifender Stoffe. Weiterhin überbrückt es vorhandene und neu entstehende Trennrisse unter temperaturund lastabhängigen Bewegungen. Die maximal überbrückbare Rissbreite muss im Versuch unter statischen Bedingungen 1 mm betragen. Das verwendete Material muss kurzzeitig hitzebeständig sein, da beim Aufbringen einer Abdichtung aus Gussasphalt 250 °C entstehen. Die in der Schutzschicht (Gussasphalt) auftretenden Schubkräfte aus Verkehr müssen vom OS 10 in den Beton übertragen werden. Hierzu ist häufig als Haftbrücke eine „Verbindungsschicht“ zwischen der hwO und der nachfolgenden Schutzschicht erforderlich. Mit dem Oberflächenschutzsystem werden Betonbauteile mit Trennrissen und planmäßiger mechanischer Beanspruchung abgedichtet. Beispiele hierfür sind Brücken, Trog- und Tunnelsohlen oder Parkbauten. Beim Aufbau des OS 10 wird zunächst ein OS 7 aufgebracht. Hierfür gelten die Angaben im Abschnitt 7.6. Auf dem OS 7 wird gegebenenfalls ein Haftvermittler, häufig auf Basis feuchtigkeitshärtender Einkomponenten-Polyurethan-Systeme, aufgetragen. Danach wird die hwO aus Flüssigkunststoff auf Basis von Polyurethan-Elastomeren durch Spritzen, häufig Heißspritzverfahren, in mindestens zwei Lagen appliziert. Bei Anwendung von Stoffen mit schneller Härtungszeit kann die Schicht auch durch zwei kurzfristig aufeinander folgende Spritzübergänge hergestellt werden. Die Schichtdicke sollte zwischen mindestens 2 mm und höchstens 6 mm liegen, wobei große Schwankungen zu vermeiden sind. Vor dem Einbau der Schutzschicht aus Gussasphalt erfolgt ggf. der Auftrag der o. g. Verbindungsschicht. Anstelle des Gussasphaltes kann auch eine verschleißfeste, gefüllte und abgestreute Deckschicht ggf. mit Deckversiegelung aufgebracht werden.

7.10 Beschichtungen für begeh- und befahrbare Flächen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 11) 7.10 Beschichtungen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit

7.10.1 Aufbau des OS 11 Das Oberflächenschutzsystem OS 11 gibt es in zwei Ausführungsvarianten. In der Variante OS 11a (siehe Bild 7.22) besteht die hwO aus zwei Schichten: einer nicht gefüllten elastischen Oberflächenschutzschicht ohne Abstreuung (so genannte Schwimmschicht) und einer verschleißfesten, gefüllten und abgestreuten Deckschicht. Die Variante OS 11b weist hingegen

229

7.10 Beschichtungen mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit

nur eine verschleißfeste, gefüllte und abgestreute Schicht als hwO auf (siehe Bild 7.23). Bei beiden Systemen wird die hwO auf einer Grundierung aufgebracht. Die hwO sollte mit einer Deckversiegelung geschützt werden. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des OS 11bSystems kann die Deckversiegelung in zwei Lagen mit einer Abstreuung der ersten Lage aufgebracht werden. Beim Zweischichtaufbau (Aufbau a) wird in der Regel eine elastische Zwischenschicht und eine etwas härtere Deckschicht, die mit Quarzsand gefüllt ist, hergestellt, wobei beide Systeme aus Polyurethanen, ggf. auch Epoxid-Polyurethan-Kombinationen bestehen. Als Deckversiegelung werden Epoxidharze oder Polyurethane eingesetzt. Beim Aufbau b wird auf die elastische Zwischenschicht verzichtet und stattdessen die Schichtdicke der mit Quarzsand gefüllten hwO erhöht.

Bild 7.22: Regelaufbau eines OS 11a nach RL-SIB

Bild 7.23: Regelaufbau eines OS 11b nach RL-SIB

7

230

7 Oberflächenschutzsysteme

Die Bilder 7.24 und 7.25 verdeutlichen den Aufbau der OS 11-Systeme anhand zweier Mikroskop-Aufnahmen. Die Grundierung und die hwO wurden jeweils abgestreut. Abschließend folgt die Deckversiegelung.

Bild 7.24: Mikroskop-Aufnahmen eines OS 11a-Systeme

7

Bild 7.25: Mikroskop-Aufnahmen eines OS 11b-Systems

7.10.2 Eigenschaften

231

7.10.2 Eigenschaften Das Oberflächenschutzsystem OS 11 verhindert die Wasseraufnahme sowie das Eindringen von beton- und stahlangreifenden Stoffen. Damit ist auch eine Verbesserung des FrostTausalz-Widerstandes verbunden. Zusätzlich soll es die Griffigkeit und den Verschleißwiderstand verbessern. Eine weitere wesentliche Eigenschaft ist die dauerhafte Überbrückung vorhandener und neu entstehender Biege- und Trennrisse unter temperatur- und lastabhängigen Bewegungen. Die bisher in Deutschland erhältlichen Produkte müssen die Rissüberbrückungsklasse IIT+V nach Tabelle 7.7 erfüllen. Mit der DIN V 18 026 wird die Rissüberbrückungsklasse B 3.2 nach DIN EN 1062-7 maßgebend. Das OS 11b als einschichtiges rissüberbrückendes System weist im Gegensatz zum zweischichtigen System i. d. R. eine deutlich geringere Verschleißfestigkeit auf. Aus diesem Grund sollte das einschichtige System nicht für freibewitterte Flächen eingesetzt werden. In stark beanspruchten Bereichen wie z. B. Kurven ist das OS 11a gegenüber dem OS 11b vorzuziehen. Des Weiteren sollte beim OS 11b unbedingt eine Deckschicht zur Erhöhung des Verschleißwiderstandes aufgebracht werden. Bild 7.26 zeigt zwei Schäden an einem OS 11System, die auf unzureichende Verschleißfestigkeit zurückzuführen sind.

7

Bild 7.26: Links: Verschleiß im Kurvenbereich; Deckschicht nach ca. 10 a abgefahren. Rechts: Verschleiß in den Parknischen; Abtrag der hwO

Untersuchungen zur rückseitigen Druckwasserbeständigkeit von OS 11a-Systemen im Rissbereich bei einer Rissbreite von etwa 0,3 mm ergaben, dass selbst bei einem direkt im Rissbereich kurzfristig anliegenden äußeren Wasserdruck von etwa 5 bar bei zwei ausgewählten Systemen nach einem Prüfzeitraum von einigen Stunden keine Ablösung der hwO auftrat /Wol04/. Wasserdrücke von etwa 2 m Wassersäule (0,2 bar) führten nach rund sechs Wochen zu keinem Versagen. Ein kurzfristig im Rissbereich anstehender äußerer Wasserdruck kann nach bisherigen Erkenntnissen bei einer fachgerechten Applikation des Oberflächenschutzsystems somit nicht zu einer Ablösung der Beschichtung führen.

7.10.3 Anwendungsbereiche OS 11-Systeme werden für Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen und/oder Trennrissen eingesetzt. Diese Bauteile unterliegen einer mechanischen Belastung und sind häufig freibewittert. Die Systeme können auch im Sprüh- oder Spritzwasserbereich von Auftausalzen ange-

232

7 Oberflächenschutzsysteme

ordnet werden. Häufige Einsatzgebiete sind Parkhaus-Freidecks, gerissene Obergeschosse im Parkhaus und Brückenkappen. Das „Zweischichtsystem“ OS 11a ist bei freibewitterten Flächen dem „Einschichter“ OS 11b vorzuziehen. Das OS 11b bietet dagegen den Vorteil, dass die Schichtdicke nachträglich durch Überbeschichten vergrößert werden kann.

7.10.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil

7

Der Untergrund muss den Anforderungen nach Abschnitt 3.4.2 genügen und nach RL-SIB eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit von 1,5 N/mm² aufweisen (kleinster Einzelwert 1,0 N/mm²). Zum Auftragen der Grundierung sollte der Untergrund trocken sein. Die Angaben der technischen Merkblätter sind zu beachten. Die erforderlichen Oberflächentemperaturen sind in Tabelle 3.2, Abschnitt 3.4.2, angegeben. Die Grundierung aus Epoxidharz wird flutend aufgebracht und mit Quarzsand abgestreut. Bei Rautiefen größer 1 mm ist eine Kratzspachtelung erforderlich. Beim OS 11a folgt darauf die elastische Oberflächenschutzschicht mit einer Mindestschichtdicke von 1,5 mm. Diese Schicht wird je nach Produkt z. B. mit einem Rakel aufgetragen und mit einer Stachelwalze entlüftet oder aufgespritzt. Entsprechend der Angaben der technischen Merkblätter ist im Folgenden die verschleißfeste hwO mit einer Mindestschichtdicke von 3 mm aufzubringen. Dies erfolgt häufig mit einem Rakel und einer Stachelwalze zur Entlüftung. Diese Schicht wird mit Quarzsand abgestreut. Darauf folgt die Deckversiegelung. Beim OS 11b wird auf die Grundierung bzw. Kratzspachtelung das mit Quarzsand gefüllte Polyurethan als hwO mit einem Rakel aufgezogen und einer Stachelwalze entlüftet. Die Mindestschichtdicke beträgt 4 mm. Die hwO wird mit Quarzsand abgestreut. Abschließend wird eine Deckversiegelung aufgebracht. Bezüglich der Verarbeitung ist der Aufbau OS 11b unproblematisch, da jede einzelne Lage abgestreut wird, wodurch keine Haftungsprobleme zwischen den Schichten entstehen sollten. Beim Aufbau OS 11a wird die elastische Oberflächenschutzschicht nicht abgestreut, so dass zur Erzielung einer ausreichenden Haftzugfestigkeit die Verarbeitungsbedingungen, Aushärtezeiten und Witterungsbedingungen strikt eingehalten werden sollten. Ferner müssen beim OS 11a die Schichtdicken insbesondere für die „Schwimmschicht“ unbedingt eingehalten werden, da bei Problemen mit zu geringer Schwimmschichtdicke das gesamte OS-System entfernt und erneuert werden muss. Die Vorgehensweise beim Anmischen der Reaktionsharze ist den technischen Merkblättern der jeweiligen Produkte zu entnehmen. Eine detaillierte Beschreibung der Zusammensetzung der Reaktionsharze sowie daraus resultierenden allgemeinen Randbedingungen bei der Verarbeitung befindet sich in Abschnitt 4.3.

7.11 Beschichtungen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit

233

7.11 Beschichtungen für begeh- und befahrbare Flächen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit (OS 13) 7.11 Beschichtungen mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit

7.11.1 Aufbau des OS 13 Das Oberflächenschutzsystem ist 2001 in der RL-SIB /DAfStb01/ neu aufgenommen worden. In Bild 7.27 ist der Regelaufbau des OS 13 dargestellt. Zunächst erfolgt die Grundierung aus Epoxidharz, die üblicherweise abgestreut wird. Danach wird die hwO in einer Schicht aufgetragen und abgestreut. Abschließend folgt die Deckversiegelung. Die hwO besteht häufig aus Polyurethan, während die Deckversieglung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit aus Epoxidharz besteht.

7

Bild 7.27: Regelaufbau eines OS 13 nach RL-SIB

7.11.2 Eigenschaften Das Oberflächenschutzsystem OS 13 verhindert die Wasseraufnahme sowie das Eindringen beton- und stahlangreifender Stoffe. Es überbrückt statische Risse geringer Rissbreite. Im Rahmen der Grundprüfung sind im statischen Zugversuch bei -10 °C Risse > 100 μm zu überbrücken. Zusätzlich weist es eine hohe Chemikalienbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit auf. Damit ist das OS 13 hinsichtlich seiner Eigenschaften zwischen dem OS 8 und dem OS 11 einzuordnen: Die chemische und mechanische Belastbarkeit erreicht nahezu das Niveau des OS 8, während die Rissüberbrückungsfähigkeit unterhalb der des OS 11 liegt.

234

7 Oberflächenschutzsysteme

7.11.3 Anwendungsbereiche Das OS 13 kann nur in überdachten Bereichen eingesetzt werden, wo dynamische Rissbreitenänderungen aufgrund von starken Temperaturschwankungen begrenzt sind. Aufgrund der geringen statischen Rissüberbrückungsfähigkeit kann es in Bereichen mit oberflächennahen Rissen eingesetzt werden. Somit ist es für mechanisch und chemisch beanspruchte, überdachte Betonflächen mit oberflächennahen Rissen gedacht. Es kann auch im Bereich von Auftausalzen eingesetzt werden. Ein wesentliches Einsatzgebiet sind geschlossene Parkgaragen und Tiefgaragen. Das OS 13 kommt selten zur Anwendung, da in vielen Fällen größere Rissbewegungen als 0,1 mm zu erwarten sind.

7.11.4 Verarbeitung und Einsatz am Bauteil

7

Der Untergrund muss den Anforderungen nach Abschnitt 3.4.2 genügen und nach RL-SIB eine mittlere Oberflächenzugfestigkeit von 1,5 N/mm² aufweisen (kleinster Einzelwert 1,0 N/mm²). Zum Auftragen der Grundierung sollte der Untergrund trocken sein. Die Angaben der technischen Merkblätter sind zu beachten. Die erforderlichen Oberflächentemperaturen sind in Tabelle 3.2, Abschnitt 3.4.2, angegeben. Die Grundierung aus Epoxidharz wird flutend aufgebracht und mit Quarzsand abgestreut. Bei Rautiefen größer 1 mm ist eine Kratzspachtelung erforderlich. Auf die Grundierung bzw. Kratzspachtelung wird die hwO, häufig mit Quarzsand gefülltes Polyurethan, mit einem Rakel aufgezogen und einer Stachelwalze entlüftet. Die hwO wird mit Quarzsand abgestreut. Abschließend wird eine Deckversiegelung aufgebracht. Die Vorgehensweise beim Anmischen der Reaktionsharze ist den technischen Merkblättern der jeweiligen Produkte zu entnehmen. Eine detaillierte Beschreibung der Zusammensetzung der Reaktionsharze sowie daraus resultierenden allgemeinen Randbedingungen bei der Verarbeitung befindet sich in Abschnitt 4.3.

7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen 7.12.1 Allgemeines Die in den Regelwerken RL-SIB /DAfStb01/ und ZTV-ING /ZTV03/ dargestellten Oberflächenschutzsysteme und Abdichtungen decken zwar die überwiegende Anzahl von Anwendungen ab, aber es bleiben Sonderanwendungen. So sind zum Beispiel Beschichtungen in Trinkwasserbehälter und Abwasseranlagen, leitfähige Beschichtungen, rutschhemmende Beschichtungen, Anti-Graffiti-Beschichtungen sowie selbstreinigende Beschichtungen nicht in den Regelwerken erfasst. Im Nachfolgenden sollen kurz einige Beschichtungen für Sonderanwendungen vorgestellt werden. Im Rahmen dieses Buches wird nur eine kleine Auswahl der zur Verfügung stehenden Sonderlösungen vorgestellt. In Hüttenwerken werden häufig hochtemperaturbeständige Beschichtungen benötigt, die durch hochvernetzte Epoxidharze realisiert werden können. Ein weiterer Bereich, in denen Sonderbeschichtungen eingesetzt werden, sind Kühltürme und Schornsteine, die mit aggressiven Rauchgasen beaufschlagt sind. Hier werden ebenfalls Epoxidharzbeschichtungen aufgebracht. Bild 7.28 zeigt das Aufbringen einer Beschichtung im Kühlturm im Airless-Verfahren.

7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen

235

Bild 7.28: Mehrlagiger Auftrag einer Epoxidharzbeschichtung in einem Kühlturm

Die Beständigkeit dieser Beschichtungen wird maßgeblich durch den lunkerfreien Auftrag (ausreichende Untergrundvorbereitung) und die Schichtdicke bestimmt. Bei Arbeiten unter starker Zugluft ist zu beachten, dass nur Materialien verwendet werden, die gegen schnelle Austrocknung unempfindlich sind.

7.12.2 Trinkwasserbehälter Im Lebensmittelbereich und im Trinkwasserbereich werden ebenfalls häufig Beschichtungen eingesetzt. Hier sind zusätzlich die Aspekte der Hygiene und toxikologischen Unbedenklichkeit zu beachten. Tabelle 7.11 gibt die Anforderungen an zementgebundene Putze und Beschichtungen für Trinkwasserbehälter an. Weiterführendes kann den Regelwerken der DVGW W 270 /DVG07/ und W 347 /DVG06/ entnommen werden.

7.12.3 Abwasseranlagen Zur geruchsarmen Abwasserbehandlung wurden Teile von Abwasseranlagen häufig vollständig abgedeckt. Infolge des dadurch entstehenden Sauerstoffmangels kann sich aus elementarem Schwefel, der in organischer oder anorganischer Form im Abwasser vorliegt, Schwefelwasserstoff bilden. Der Schwefelwasserstoff entweicht in den Gasraum über dem Abwasser und kann auf feuchten Oberflächen unter Einwirkung von aeroben Mikroorganismen, vor allem Thiobakterien, Schwefelsäure bilden. Diese Vorgänge werden maßgeblich durch die Temperatur beeinflusst. Bereits bei +18 °C kann eine 6prozentige Schwefelsäure mit pH = 0,1 gebildet werden. Durch die Schwefelsäure wird der Beton einem lösenden Angriff und durch Sulfate einem treibenden Angriff ausgesetzt.

7

236

7 Oberflächenschutzsysteme

Tab. 7.11: Anforderungen an zementgebundene Putze und Beschichtungen für Trinkwasserbehälter nach DVGW-Arbeitsblatt W 300 (Erstprüfung durch den Hersteller gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 300) Eignungsnachweis

Anforderung

Äquivalenter Wasserzementwert (w/z)eq

1)

 0,50

Ausbreitmaß

Deklarierter Wert

Luftporengehalt des Frischmörtels LPfrisch

2)

0,40 < (w/z)eq  0,50: LPfrisch  5 Vol.-% (w/z)eq  0,40: LPfrisch  8 Vol.-%

Verarbeitungszeit

Deklarierter Wert 3)

Gesamtporenvolumen

Lagerung 28 d Wasser + 24 h Vakuum

 12 Vol.-%

oder Lagerung 90 d Wasser + 24 h Vakuum

 10 Vol.-% 4)

1)

2) 3) 4)

Prismendruckfestigkeit/Festigkeitsentwicklung

Deklarierter Wert

E-Modul

Deklarierter Wert

Hygienische Anforderungen

Nach DVGW-Arbeitsblatt W347

kann mit Hilfe des Darr-Versuchs nach DIN 1048-1 überprüft werden, alternativ durch Prismendruckfestigkeit nach DIN EN 196-1, wenn Zusammenhang nachgewiesen nach DIN 18 555-2 Quecksilberdruckporosimetrie bis 2000 bar, DIN 66 133 nach DIN EN 196-1

7 Bis zu einem pH Wert von etwa 3,5 werden Beton und Zementmörtel mit hohem Widerstand gegen chemische Angriffe nur geringfügig geschädigt. Bei den beschriebenen Zuständen mit pH Werten unterhalb von 1 kann der Beton und Zementmörtel jedoch innerhalb weniger Jahre im Zentimeter-Bereich abgetragen werden. Zur langfristigen Vermeidung derartiger Schäden in neu errichteten bzw. instand gesetzten Abwasseranlagen wird ein Oberflächenschutzsystem benötigt, welches dauerhaft einen Angriff der Betonoberfläche durch Schwefelsäure, Chemikalien und ggf. Verschleiß, Chloride sowie Frost vermeidet. Insbesondere hinsichtlich der Dauerhaftigkeit von Oberflächenschutzsystemen in diesen extremen Umgebungsbedingungen liegen zurzeit nur unzureichende Kenntnisse vor. Die Dauerhaftigkeit dieser Schutzmaßnahmen hängt wesentlich von den Randbedingungen während der Applikation ab. So ist der Beton in Abwasseranlagen z. B. häufig wassergesättigt, was den Einsatz von Epoxidharzen wesentlich erschwert. Des Weiteren sind die Prüfmethoden der RLSIB nicht bzw. nur bedingt zur Bewertung von Oberflächenschutzsystemen in Abwasseranlagen geeignet /Schw04/. Häufig werden aus diesen Gründen anstelle von Oberflächenschutzsystemen Auskleidungen angebracht. Eignungsnachweise und Prüfungen an Oberflächenschutzsystemen mit nichtmetallischen Werkstoffen für Bauteile aus Beton in verfahrenstechnischen Anlagen sind in der DIN 28 052-6 geregelt. Bezüglich des Schutzes und der Instandsetzung von Abwasseranlagen existieren einige Merkblätter und Richtlinien. Die Arbeiten von /DB97/, Fra01/ beschäftigen sich jedoch nur mit dem Einsatz mineralischer Systeme. Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) (ehemaliges Kürzel "ATV-DVWK", ehemals Abwassertechnische Vereinigung (ATV)) arbeitet auf den Gebieten Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall und Boden-

7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen

schutz. Im Rahmen ihrer Arbeit sind zahlreiche technische Regelwerke und Merkblätter entstanden, hinsichtlich Schutz und Instandsetzung sind insbesondere die Merkblätter ATV-M 168 /ATV97/ und ATV-M 143, Teil 17, /ATV06/ von Bedeutung. Zusätzlich gibt es die Zulassungsgrundsätze für Beschichtungssysteme für Beton in LAU-Anlagen (Anlagen zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen wassergefährdender Flüssigkeiten) des DIBt /DiBt00/. Des Weiteren steht die Norm DIN 28 052 mit den Teilen 1 bis 6 zur Verfügung. Der Anwendungsbereich der Norm lautet wie folgt: „Diese Norm ist anzuwenden, wenn Bauteile aus Beton in Anlagen zum Umgang mit aggressiven und/oder wassergefährdeten Stoffen mit einem Oberflächenschutz zu versehen sind.“ Drei unterschiedliche Arten bzw. Systeme des Oberflächenschutzes werden unterschieden: Beschichtungen, Auskleidungen und kombinierte Beläge. Seit einigen Jahren werden häufig Beschichtungen aus Polymersilikat-Mörtel in Abwasseranlagen mit pH Werten unterhalb von 3,5 verwendet. Diese Mörtel bestehen i. d. R. aus einer hochalkalischen Silikatlösung und einer Pulverkomponente aus verschiedenen natürlichen oder künstlichen, latent-hydraulischen und/oder puzzolanischen Stoffen, kristallinen Zuschlägen und weiteren Hilfsstoffen. Sie werden im Allgemeinen durch mehrlagiges Spritzen auf vertikale Flächen und über Kopf aufgebracht. Die Schichtdicke beträgt etwa 8 mm bis 12 mm. Durch eine entsprechende Formulierung bildet sich Silikatgel. Weiterhin wird durch die hohe Alkalität der Lösungskomponente die latent-hydraulische Reaktion angeregt. Polymersilikate zeichnen sich bei fachgerechtem und sorgfältigem Einsatz durch eine hohe Beständigkeit gegenüber Säuren, Lösungsmitteln sowie Ölen und Fetten aus. Weiterhin ist der Einsatz von Spritzpolyurethanen in Abwasseranlagen mit pH Werten unterhalb von 3,5 denkbar. Dabei besteht jedoch die Gefahr von Blasenbildungen und Ablösungen, wenn der Beton durch rückseitige Wassereinwirkung durchfeuchtet wird. Alternativ können Auskleidungen mit Kunststoffen (z. B. PVC, PE-HD) sowie Glas vorgenommen werden. Ein mögliches Glasverbundsystem ist das so genannte Betoglass£ Hierbei handelt es sich um Glasscheiben mit einer Dicke von 4 bis 10 mm, auf denen werkseitig ein so genannter Polytransmitter aufgebracht ist (Bild 7.29). Die Verbindung zwischen Polytransmitter und Betonoberfläche wird mit einem zementgebundenen Kleber hergestellt. Die Abmessungen der Glasscheiben werden im Wesentlichen durch den Transport und die Handhabbarkeit begrenzt. Eine andere Möglichkeit sind Boro-Silikat-Dünngläser /Hil06/. Sie ähneln mit ihrer Dicke von etwa 0,3 mm einer steifen Folie. Die Gläser lassen sich vorsichtig in einer Richtung krümmen (Bild 7.29). Sie werden mit Polymersilikatkleber auf den vorbehandelten Betonuntergrund überlappend aufgeklebt.

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7

238

7 Oberflächenschutzsysteme

Bild 7.29: Gegenüberstellung der beiden Glasverbundsysteme Betoglass£ und Dünnglas

Vergleichende Untersuchungen an beiden Glasverbundsystemen, die sowohl im Labor als auch im Abwasserkanal durchgeführt wurden, werden in /Orl07/ dargestellt. Bild 7.30 zeigt die Instandsetzung eines Bereiches eines Abwasserkanals mit dem Betoglass£.

7

Bild 7.30: Instandsetzung eines Abwasserrohres mit Betoglass£

In jedem Fall sollte zur Beschichtung von Abwasseranlagen ein sachkundiger Planer hinzugezogen werden. Dieser sollte sich die auf das instand gesetzte Bauteil zukommenden Beanspruchungen vor Augen führen und diese mit den geprüften Eigenschaften angebotener Systeme vergleichen. Des Weiteren sind die vorliegenden Randbedingungen während der Applikation mit der Leistungsfähigkeit des jeweiligen Produktes abzugleichen. Ggf. sollten gezielte Zusatzuntersuchungen im Sinne von objektspezifischen Eignungsprüfungen vorgenommen werden.

7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen

239

7.12.4 Beschichtungen mit Faserverstärkung für den Gewässerschutz Eine hohe Anforderung an Beschichtungen stellt die Beständigkeit gegen Chemikalien mit gleichzeitiger Dehnfähigkeit dar. Diese Forderungen treten insbesondere im Gewässerschutz auf. Beschichtungsstoffe für Auffangräume (mit Beton-, Putz und Estrichflächen) zur Lagerung von Heizöl und Dieselkraftstoff sowie ungebrauchten Motoren- und Getriebeölen benötigen ein allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis. Sie sind in Bauregelliste A, Teil 2 aufgenommen worden, da sie nach einem anerkannten Prüfverfahren sicher beurteilt werden können. Diese allgemein bauaufsichtlichen Prüfzeugnisse werden ohne Einschaltung des DIBt von dafür anerkannten Stellen erteilt /Schw04/. Beschichtungssysteme, die als Abdichtungsmittel von Auffangräumen oder von Flächen aus Beton verwendet werden, sind als Bauprodukte anzusehen, die einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung bedürfen. Dies regeln die Zulassungsgrundsätze für Beschichtungssysteme für Beton in LAU-Anlagen (Anlagen zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen wassergefährdender Flüssigkeiten) des DIBt /DiBt00/. Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) sowie das DIBt schreiben vor, dass lediglich Fachbetriebe die hochwertigen Beschichtungssysteme einbauen, instand halten, instand setzen und reinigen dürfen. Bild 7.31 zeigt den schematischen Aufbau einer rissüberbrückenden Gewässerschutzbeschichtung mit dehnfähiger Zwischenschicht und starrer, chemikalienbeständiger Deckschicht. Damit die starre Deckschicht keine bzw. nur sehr fein verteilte Risse aufweist, ist eine Bewehrung dieser Schicht mit Fasern bzw. Matten aus Glas oder Karbon erforderlich.

7

Bild 7.31: Schematischer Aufbau einer rissüberbrückenden Gewässerschutzbeschichtung mit dehnfähiger Zwischenschicht und chemikalienbeständiger Deckschicht /Gie06/

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7 Oberflächenschutzsysteme

Da die diverse Beanspruchung durch Säuren, Laugen, Fette, Öle oder Lösemittel nicht immer durch ein einziges Reaktionsharz abzudecken ist, werden für die Chemikalienschutzschicht unterschiedliche Bindemitteltypen (z. B. Epoxidharz, Furanharz, Vinylesterharz) verwendet. Dehnfugen müssen in die Beschichtung übernommen werden und benötigen eine spezielle Ausbildung.

7.12.5 Leitfähige Beschichtungen Leitfähige Bodenbeschichtungen werden prinzipiell in zwei unterschiedlichen Bereichen eingesetzt:

7

•

Explosionsgefährdete Bereiche (z. B. Lösungsmittellager, Düngemittellager)

•

Bereiche zum Schutz von elektrostatisch gefährdeten Bauteilen (ESD (Electro Static Discharge)-Bereiche)

Normative Regelungen werden in der Normenreihe DIN EN 61 340 getroffen. Bodenbeschichtungshersteller sehen sich seit Einführung der DIN EN 61 340-4-5 mit dem Problem konfrontiert, dass ihre konventionellen Beschichtungen, die im allgemeinen durch Zugabe von Kohlenstofffasern leitfähig eingestellt sind, die Anforderungen an Böden in ESD-Bereichen unter Umständen nicht mehr erfüllen. Denn diese Norm betrachtet nicht, wie bisher, die elektrischen Eigenschaften des Bodens für sich alleine, sondern das Gesamtsystem Mensch/Schuh/Boden /Kra07/. Konventionelle leitfähige Bodenbeschichtungen bestehen in der Regel aus drei bis fünf Schichten: Grundierung, Feinspachtel (optional), Leitschicht, leitfähige Deckschicht und Einpflege (optional). In Anlehnung an das OS 8-System bestehen die Grundierung und Leitschicht aus 2-K-Epoxidharz. Die Deckschicht kann aus 2-K-Epoxidharz oder Polyurethan bestehen. Das Reaktionsharz der Leit- und Deckschicht ist mit leitfähigen Füllstoffen gefüllt /Mag99/, /Kra07/. Leitfähige Füllstoffe sind z. B. Ruß, Graphit, Metalle/Metalloxide, Siliciumcarbid und Kohlenstofffasern. In den letzten Jahren haben sich Kohlenstofffasern durchgesetzt. Typische Zugabemengen von Kohlenstofffasern liegen bei ca. 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtsystem /Kra07/. Der Anschluss an den Erdungspunkt erfolgt i. d. R. über Kupferbänder und -litzen. In älteren Systemen erfolgt die Ableitung vertikal durch die Deckschicht hindurch auf die Leitschicht und von dort zur Erdungsschiene /Mag99/. Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit schlägt /Kra07/ vor, horizontal leitfähige Deckversiegelungen zu verwenden, die als Schlussschicht auf leitfähige Dickbeschichtungen appliziert werden. Dadurch werden die leitfähigen Kontaktpunkte auf der Beschichtungsoberfläche netzwerkartig verbunden, wodurch ein schnelles Abfließen von Ladungen über eine große Fläche gewährleistet wird. Als Bindemittel für diese Deckversiegelungen können wässrige Epoxidharze sowie wässrige oder lösungsmittelhaltige Polyurethanharze eingesetzt werden. Diese Produkte werden in erster Linie bei der Renovierung von bestehenden konventionellen Systemen eingesetzt. Sie stellen eine Methode dar, um konventionelle leitfähige Beschichtungen auf die neue ESD-Normung anzupassen. Als Alternative werden für Neubauten und/oder hoch mechanisch belastete Bereiche neuerdings so genannte volumenleitfähige Dickbeschichtungen angeboten /Kra07/.

7.12 Beschichtungen für Sonderanwendungen

241

7.12.6 Anti-Graffiti Anti-Graffiti-Systeme werden in drei verschiedene Varianten eingeteilt. Zum einen existieren so genannte permanente Systeme. Diese Systeme verbleiben auch nach einer Graffiti Entfernung nahezu vollständig auf der Substratoberfläche. Semipermanente Systeme bestehen aus zwei Schichten, wobei die obere Schicht als Opferschicht ausgelegt ist. Die Opferschicht wird bei der Graffiti-Entfernung zumindest teilweise entfernt und muss dann erneuert werden. Temporäre Systeme werden vollständig bei einer Graffiti-Entfernung mit der anhaftenden Farbe abgewaschen. Sie basieren häufig auf Acrylaten, perfluorierten Kohlenwasserstoffen, Wachsen oder so genannten Biopolymeren. Hinter dem Begriff „Biopolymere“ verbergen sich in aller Regel Polysaccharide. Dies sind makromolekulare Kohlenhydrate. Bei geeigneter Zusammensetzung können auf dieser Grundlage Produkte hergestellt werden, die in wässeriger Dispersion auf die Baustoffoberfläche aufgetragen werden und von dort – samt anhaftendem Graffiti – mit heißem Wasser wieder entfernt werden können. Die Schutzschichten aus Polysacchariden sind in der Regel weder ausgeprägt hydrophob noch oleophob. Die Witterungsbeständigkeit ist daher nicht sehr hoch, auch ohne Reinigungsmaßnahmen ist von Zeit zu Zeit eine Überarbeitung notwendig. Wachse sind natürliche oder künstlich gewonnene Stoffe, die in der Regel folgende Eigenschaften aufweisen: Bei 20 °C fest bis brüchig hart, durchscheinend bis opak, jedoch nicht glasartig und bei über 50 °C ohne Zersetzung schmelzend. Es kommen sowohl pflanzliche (z. B. Carnaubawachs, Japanwachs) als auch tierische (z. B. Bienenwachs, Lanolin), vorwiegend jedoch petrochemische Wachse (Paraffine) oder modifizierte pflanzliche Wachse (z. B. Jojobaesterwachse) zum Einsatz. Wachse werden in Form von Emulsionen aufgetragen und bilden auf der Baustoffoberfläche eine hydrophobe und z. T. oleophobe Schicht, die durch Einsatz von heißem Wasser oder Lösemitteln mitsamt dem anhaftenden Graffiti wieder entfernt werden kann. Da Wachse, direkt auf poröse Baustoffe aufgetragen, stark verdunkelnd wirken können, werden sie meist auf einer permanenten Schicht aus Acrylaten, SiloxanAcrylaten oder Siloxanen angewendet. In diesem Fall handelt es sich um semipermanente Systeme. Epoxidharze eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für permanente Anti-Graffiti-Systeme oder als permanente Schicht unter semipermanenten und temporären Anti-Graffiti-Systemen. Permanente Systeme werden oft zweischichtig aufgebracht. Dabei werden Epoxidharze als Grundierung eingesetzt, während die Deckschicht aus Polyurethan besteht. Unter perfluorierte Kohlenwasserstoffe werden Copolymere des Tetrafluoroethylens ebenso gefasst wie Verbindungen, die aus der Veresterung von fluorierten Alkoholen mit Carbonsäuren oder Veretherung von fluorierten Alkoholen mit anderen Alkoholkomponenten entstehen. Die herausragende Eigenschaft der entstehenden Produkte ist ihre extreme Hydro- und Oleophobie, wie sie vom Teflon allgemein bekannt ist. Da es derzeit nicht möglich ist, diese Produkte auf der Baustelle zu vernetzen (wie z. B. Epoxide oder Polyurethane), gelangen nur Produkte auf den Markt, die eine stark verdünnte Lösung (rd. 2 M.-%) wachsartiger Substanzen in organischen Lösemitteln darstellen. Aufgrund der geringen Dicke und der geringen mechanischen Stabilität der entstehenden Filme auf der Baustoffoberfläche sind die Systeme des momentanen Entwicklungsstandes als semipermanent oder temporär einzustufen. Aufgrund ihrer extremen Oleophobie sind sie nicht mit anderen Materialien kombinierbar und daher nur als einschichtige Systeme anwendbar. Silane und Siloxane können prinzipiell vor der Applikation so hoch vernetzt werden, dass sie sich in hoher Schichtdicke auch als permanente Systeme eignen, meist werden jedoch aus dem Hydrophobierungssektor bekannte Silane oder Siloxane mit niedrigen Vernetzungsgraden als permanente Schicht unter einer Opferschicht aus Wachs oder Biopolymeren verwendet. Die

7

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7 Oberflächenschutzsysteme

permanente Schicht schützt den Baustoff bei der Reinigungsaktion und verhindert eine Verfärbung des Baustoffes beim Aufbringen von Wachsen. Die Reinigung der mit Graffiti beschmutzten Flächen geschieht durch Hochdruckwasserstrahl, seifenähnliche Reinigungsflüssigkeiten bis hin zu basischen oder sauren Lösungsmitteln, Ethanol oder Benzol. Die Bundesanstalt für Straßenwesen hat in einem Arbeitskreis technische Lieferbedingungen und technische Prüfvorschriften für Anti-Graffiti-Systeme für Ingenieurbauten erarbeitet, die veröffentlicht werden sollen.

7.12.7 Selbstreinigende Fassadenbeschichtungen Zahlreiche Gebäude und Ingenieurbauten weisen eine Fassadenbeschichtung auf, deren Erhalt regelmäßige Reinigungen erfordern. Innerhalb der letzten 10 Jahre wurden verschiedene Lösungen zur Reduzierung des Reinigungsaufwands erarbeitet. Zurzeit befinden sich eine Vielzahl von selbstreinigenden Fassadenbeschichtungen auf dem Markt. Die Wirkungsweise beruht angabegemäß auf folgenden drei Mechanismen, die jeweils in die Nanostruktur der Beschichtungen eingreifen:

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•

Hydrophobe Beschichtung: Infolge wasserabweisender Beschichtungen ist die Anlagerung von im Wasser gelöstem Schmutz nicht möglich.

•

Lotus-Effekt: Die Beschichtung ist hydrophob, und durch eine schmutzabweisende Mikrostruktur werden Ablagerungen verhindert (Näheres z. B. in /Bor00/).

•

Photokatalytischer Effekt: Hydrophile Oberfläche mit Titandioxid, das anhaftendes organisches Material durch Sonnenstrahlung zersetzt (Näheres z. B. in /Ben06/, /Gro06/, /Deh02/).

Die Effektivität dieser Wirkmechanismen und Dauerhaftigkeit unter baupraktischen Bedingungen ist nicht eindeutig nachgewiesen und wird in Fachkreisen kontrovers diskutiert. Da keine objektiven Prüfverfahren am Gesamtsystem existieren, ist die Beurteilung der Wirksamkeit solcher Fassadenbeschichtungen derzeit schwierig.

7.13 Brückenabdichtungen Die Ausführung von Brückenabdichtungen auf Beton erfolgt heute i. d. R. nach den zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING /ZTV03/). Entsprechend Bild 7.32 bis 7.34 sind dabei prinzipiell drei Varianten möglich. In der ersten Variante wird auf ein OS 7 eine Dichtungsschicht aus Bitumen-Schweißbahnen aufgebracht. Diese Variante ist ebenfalls im Bild 7.35 dargestellt. Die zweite Variante beinhaltet eine Dichtungsschicht aus zweilagig aufgebrachten Dichtungsbahnen, die ebenfalls auf einem OS 7 appliziert werden, und die dritte Variante ist hinsichtlich der Abdichtung ein OS 10, auf das eine Schutzschicht aus Gussasphalt sowie eine Deckschicht aufgebracht wird.

7.13 Brückenabdichtungen

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Bild 7.32: Brückenbelag auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Bitumen-Schweißbahn nach ZTV-ING, Teil 7

7 Bild 7.33: Brückenbelag auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus zweilagig aufgebrachten Bitumendichtungsbahnen nach ZTV-ING, Teil 7

Bild 7.34: Brückenbelag auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus Flüssigkunststoff nach ZTVING, Teil 7

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7 Oberflächenschutzsysteme

Bild 7.35: Aufbau einer Brückenabdichtung mit Grundierung, Bitumen-Schweißbahn und 2lagigem Gussasphalt

Der Richtwert für die Dicke der Schutzschicht beträgt 35 mm. Für Schutz- und Deckschicht sind die ZTV Asphalt-StB zu beachten. Die Gesamtdicke der Schutz- und Deckschicht darf nach ZTV-ING, Teil 7, an keiner Stelle 60 mm unterschreiten.

7

Bild 7.36: Anschluss an einen vorhandenen Brückenbelag bei Teilerneuerung nach /ZTV03/

7.14 Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten

245

Für das Herstellen eines Anschlusses an einen bestehenden Brückenbelag bei einer Teilerneuerung gilt Bild 7.36. Bei Teilerneuerung ist die Funktionsfähigkeit der verbleibenden Schichten zu untersuchen. Die Erneuerung der Asphaltschichten einschließlich Dichtungsschicht setzt eine erneute Behandlung der Betonoberfläche voraus. Das Aufbringen einer Dichtungsschicht aus Flüssigkunststoff ist in Bild 7.37 dargestellt. In diesem Fall wurde ein unterkellerter Marktplatz mit der in Bild 7.34 dargestellten Abdichtungsvariante instand gesetzt. Die in diesem Abschnitt dargestellten Abdichtungen werden somit nicht ausschließlich im Brückenbau, sondern auch in anderen Bereichen, wie z. B. Parkbauten, eingesetzt.

Bild 7.37: Links: Herstellung einer PUR-Flüssigfolie auf einer unterkellerten Marktplatzfläche von dem Aufbringen des Gussasphaltes. Rechts: Nahtloses Eindichten von Einläufen, Randwinkeln und Fugenkonstruktionen mit PUR-Flüssigkunststoff

7 7.14 Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten 7.14.1 Allgemeines Parkbauten wie Parkhäuser und Tiefgaragen unterliegen aufgrund mechanischer Belastungen durch Pkw-Verkehr, Feuchtbelastungen, hoher saisonaler Temperaturunterschiede und Chloridbelastung durch eingeschleppte Tausalze Beanspruchungen, die mit Ausnahme des Schwerverkehrs mit denen von Verkehrsbauten im Bereich der Bundesfernstraßen vergleichbar sind. Zur Vermeidung von aus diesen Beanspruchungen resultierenden Schäden an Parkbauten wurden die Anforderungen hinsichtlich Konstruktion, Art der verbauten Werkstoffe und Wartung in den letzten 15 Jahren stetig erhöht. Den aktuellen Stand geben die DIN 1045 aus dem Jahr 2001 sowie die Hefte 525 und 526 des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton und das Merkblatt des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins „Parkhäuser und Tiefgaragen“ wieder /DAfStb525/, /DAfStb526/, /DBV05/.

7.14.2 Expositionsklassen In der DIN 1045-1:2001-07 werden direkt befahrene Parkdecks mit Spritzwasserbeaufschlagung der Expositionsklasse XD3 zugeordnet. Aus Gründen der Dauerhaftigkeit wird in dieser

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7 Oberflächenschutzsysteme

Klasse bei nicht vorgespannter Bewehrung eine Mindestbetondeckung cmin von 40 mm und eine Begrenzung der Rissbreite auf 0,3 mm gefordert. Ferner sind bei Parkdecks infolge der Korrosionsproblematik in Rissen zusätzlich besondere Maßnahmen erforderlich, wie z. B. die Anordnung eines geeigneten rissüberbrückenden Oberflächenschutzsystems. Bei Vereinbarung eines projektbezogenen Wartungsplans oder eines mit einer Brückenabdichtung vergleichbaren Oberflächenschutzsystems sind dabei nach /DAfStb525/ und /DAfStb526/ entsprechende Abminderungen zulässig. Eine kurze Übersicht über die Einstufung der Bauteile einer Parkgarage in die Expositionsklassen XC (Bewehrungskorrosion, ausgelöst durch Karbonatisierung), XF (Betonangriff durch Frost mit und ohne Taumittel) und XD (Bewehrungskorrosion ausgelöst durch Chloride, ohne Meerwasser) in Abhängigkeit der Maßnahmen Beschichtung oder Abdichtung mit bzw. ohne Wartungsplan enthält Tabelle 7.12. Aufgrund der unterschiedlichen Randbedingungen bei Parkbauten, wie z. B. Gefälle, Entwässerung, Risse, Maß der Nutzung, geografische Lage, ist es erforderlich, den Wartungsplan anhand der objektbezogenen Situation festzulegen. Tab. 7.12: Einstufung direkt befahrener Bauteile in Expositionsklassen in Abhängigkeit von der Schutzmaßnahme /Rau06/ Bauteil Schutzmaßnahme Stahlbetonbauweise ohne Beschichtung bzw. mit Beschichtung ohne Wartung

7

Stahlbetonbauweise mit Beschichtung und planmäßiger Wartung

Zwischendecks, Bodenplatten, innen liegende Rampen

Freibewitterte Rampen, Freidecks

XC4, XD3, i. d. R. XF2

XC4, XD3, XF4

XC3, XD1, i. d. R. XF1 Bei zwei Wartungen im Jahr ist zusätzlich eine Abminderung der Betondeckung auf cmin = 0,30 mm möglich

Abdichtung nach DIN 18 1955 in Anlehnung an ZTV-ING, Teil 7

XC3

7.14.3 Geeignete Oberflächenschutzsysteme Dem Planer des Neubaus oder der Instandsetzung eines Parkbaus stehen unterschiedliche Oberflächenschutzsysteme der RL-SIB sowie Abdichtungsmaßnahmen, bestehend aus Epoxidharz, Bitumen-Schweißbahn und Gussasphalt nach DIN 18 195-5:2000-08 in Anlehnung an eine Brückenabdichtung gemäß ZTV-ING, Teil 7 /ZTV03/ zur Verfügung. Für Parkbauten kommen i. d. R. Oberflächenschutzsysteme der Klassen OS 8 und OS 11 in unterschiedlicher Ausführung zum Einsatz. Das System OS 13 ist aufgrund der begrenzten zulässigen „statischen“ (einmaligen) Rissbreitenänderung von 0,1 mm bei -10 °C nur bedingt einsetzbar. Bei Trennrissen wird dieser Wert in der Regel überschritten. Somit ist der Einsatz des OS 13 nur bei Biegerissen mit geringen Bewegungen möglich. Der Regelaufbau einer Abdichtung aus Epoxidharzgrundierung, Bitumen-Schweißbahn und Gussasphalt ist in Bild 7.32, Abschnitt 7.13, dargestellt. Weitere Details zu bituminösen Abdichtungen können /DBV05/, /Rod99/ entnommen werden. In Zwischendecks kann die nach ZTV-ING erforderliche zweilagige Gussasphaltschicht aufgrund des fehlenden LKW-Verkehrs allerdings auf eine Lage von 35 mm verringert werden. Anstelle der Bitumen-Schweißbahn kann nach ZTV-ING,

7.14 Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten

Teil 7 auch eine Dichtungsschicht aus flüssig aufgebrachtem Kunststoff (PUR) angeordnet werden. Eine einzelne Gussasphaltlage ohne darunter liegende Abdichtungsebene ist keine Abdichtung im Sinne der genannten Regelwerke bzw. Norm, da bei einer fehlenden Abdichtungsebene chloridhaltiges Schmelzwasser z. B. durch Risse in der Verschleißschicht oder im Bereich von Anschlüssen direkt in den Beton gelangt. Ferner besteht grundsätzlich die Gefahr nicht erkennbarer Unterläufigkeiten. Bei der Auswahl geeigneter Beschichtungen ist insbesondere die zu erwartende Rissbreitenänderung zu berücksichtigen. Dabei wird zwischen bereits vorhandenen Rissen und nach der Beschichtungsmaßnahme auftretenden Rissen unterschieden. Im ersten Fall muss die Beschichtung ausschließlich Rissbreitenänderungen abdecken, während im zweiten Fall die volle Rissbreite des entstehenden Risses zu überbrücken ist. Da die Risse, die nach Auftrag der Beschichtung entstehen, i. d. R. eine deutliche Beanspruchung darstellen, sollte die Beschichtung bei Neubauten zum spätest möglichen Zeitpunkt aufgebracht werden. Denn dann ist die Mehrzahl der zu erwartenden Trennrisse üblicherweise vorhanden und die Beschichtung muss nur noch Rissbreiten überbrücken, die sich aus weiteren Bewegungen ergeben. Aufgrund der maximal überbrückbaren Rissbreitenänderung der OS 11-Systeme von 0,3 mm nach RL-SIB ist die in den statischen Berechnungen anzusetzende Rissbreite in Anlehnung an DIN 1045, Ausgabe 1988, und Heft 400 des DAfStb bisher auf 0,25 mm begrenzt worden. Nach DIN 1045-1:2001-07, Tabelle 18, beträgt der Rechenwert der Rissbreite in der Anforderungsklasse E jedoch 0,3 mm. Da dieser Wert als Rechenwert zur Ableitung von Konstruktionsregeln im Hinblick auf den Korrosionschutz der Bewehrung verwendet wird, sind vereinzelte größere Rissbreiten nicht auszuschließen. Aus diesem Grund wird empfohlen, für Parkbauten, bei denen ein OS 11-System geplant ist, die Bemessungsrissbreite weiterhin auf 0,25 mm festzulegen /Rau06/. Eine Übersicht über bewährte Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten zeigt Tabelle 7.13. Entsprechend den vorangegangenen Erläuterungen ist ein OS 8 nur bei Konstruktionen anwendbar, bei denen durch konstruktive Maßnahmen, wie z. B. Vorspannen oder Anordnung als Einfeldträger, keine Risse oder nur Risse in begrenztem Umfang an definierten Stellen zu erwarten sind. Im letztgenannten Fall sind die lokal entstehenden Risse durch Rissbehandlungsmaßnahmen (z. B. Bandagen) dauerhaft zu schließen. Die Rissbehandlung muss die zu erwartenden Rissbewegungen dauerhaft überbrücken können. Eine alleinige Injektion des Risses mit Polyurethan ist daher nur nach sorgfältiger Prüfung der vorhandenen Rissbreiten und zu erwartenden Rissbreitenänderungen ggf. ausreichend. Ausreichende Schutzmaßnahmen bei Freidecks können durch ein OS 11a-System, durch eine bituminöse Abdichtung nach ZTV-ING, Teil 7, mit einer Gussasphaltschichtdicke von etwa 55 mm oder bei gleichzeitiger Wärmedämmung durch Ausbildung eines Umkehrdaches erreicht werden /Rau06/. Für aufgehende Bauteile wie Stützen und Wände sind, abgesehen von den Fußpunkten, i. d. R. keine besonderen Schutzmaßnahmen erforderlich. Aufgrund der geringen Geschwindigkeit der ein- und ausfahrenden Pkw ist im Gegensatz zu Brücken nicht von einer ausgeprägten Beanspruchung durch Sprühnebel oder Spritzwasser auszugehen. Maßgebende Expositionsklasse ist i. d. R. XC3. Gegebenenfalls sind weitergehende Anforderungen aus dem Brandschutz hinsichtlich der einzuhaltenden Betondeckung zu beachten. Im Übergang zwischen horizontalem und vertikalem Bauteil ist zwingend die Ausbildung einer Hohlkehle sowie die Beschichtung der ersten 10 bis 20 cm des aufgehenden Bauteils erforderlich, um ein Eindringen von Chloriden im Sockelbereich zu verhindern.

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7

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7 Oberflächenschutzsysteme

Tab. 7.13: Bewährte Abdichtungs- und Oberflächenschutzsysteme nach /DBV05/

7

Deckenunterseiten unterliegen ebenso wie die aufgehenden Bauteile in Parkbauten planmäßig keinem Chloridangriff, so dass hier die Expositionsklasse XC3 bzw. in die Anforderungen des Brandschutzes hinsichtlich der erforderlichen Betondeckung maßgebend sind. Weitere Schutzmaßnahmen sind gewöhnlich nicht erforderlich. Bild 7.38 fasst die Erläuterungen grafisch zusammen. Für die relevanten Bauarten sind mögliche Schutzmaßnahmen in Parkbauten dargestellt.

7.15 Hinweise zur Schadensvermeidung Vor der Beschichtung von Betonbauteilen muss durch den sachkundigen Planer zunächst eine Dokumentation des Ausgangszustandes erfolgen (zu klärende Fragen sind z. B.: Wozu soll das Oberflächenschutzsystem aufgebracht werden? Oberflächenzugfestigkeit des Betons, Betonfeuchte, Witterungsverhältnisse, Risse im Beton? Rissbewegungen? Welche Beanspruchungen werden anfallen?). Hieraus ergibt sich ein Anforderungsprofil an das Oberflächenschutzsystem, anhand dessen ein entsprechendes System der RL-SIB bzw. ZTV-ING ausgewählt werden kann. Steht in den genannten Regelwerken kein geeignetes System zur Verfügung, ist entsprechend zusätzlicher Regelwerke eine Alternative zu erarbeiten.

7.15 Hinweise zur Schadensvermeidung

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7 Bild 7.38: Maßgebende Expositionsklassen und mögliche Schutzmaßnahmen in Parkbauten (3 Varianten: kein OS-System bzw. kein Wartungsplan; OS-System mit Wartungsplan; Brückenabdichtung) /Rau06/

Zur Vermeidung von Schäden ist zunächst die richtige Produktauswahl erforderlich. Dabei sind insbesondere der vorliegende Untergrund und die späteren Anforderungen an die Beschichtung zu berücksichtigen. Bild 7.39 zeigt eine abblätternde Beschichtung, da aufgrund der nassen Betondecke keine ausreichende Haftung erzielt wurde. Bild 7.40 zeigt eine Rissbildung in einer OS 8-Beschichtung. Das starre Beschichtungssystem wurde trotz vorhandener Rissbewegungen aufgebracht. Bild 7.41 zeigt Pfützenbildungen in einer Parkhausbeschichtung infolge zu weichen Gussasphalts.

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7 Oberflächenschutzsysteme

Bild 7.39: Abblätternde Beschichtung auf der Unterseite einer nassen Betondecke

7

Bild 7.40: Rissbildung in einer Parkhausbeschichtung, die trotz vorhandener Rissbewegungen als starres System ausgeführt wurde

Bild 7.41: Pfützenbildungen im Gussasphalt einer Parkhausbeschichtung infolge zu weichen Gussasphaltes

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7.15 Hinweise zur Schadensvermeidung

Die Dauerhaftigkeit eines Oberflächenschutzsystems wird weiterhin maßgeblich durch die Untergrundvorbehandlung beeinflusst. Bild 7.42 zeigt einen Beschichtungsschaden aufgrund eines unzureichenden Verbundes.

Bild 7.42: Enthaftung durch unzureichenden Verbund der Beschichtung zum Untergrund

Das fachgerechte Ausführen von Rissinstandsetzungen, Fugen und Randbereichen trägt ebenfalls maßgeblich zur Schadensvermeidung bei. Bild 7.43 zeigt Rissbildungen im Gussasphalt, der ohne bewegliche Fugenausbildung über eine Dehnfuge gezogen wurde.

7

Bild 7.43: Rissbildungen im Gussasphalt, der ohne bewegliche Fugenausbildung über eine Dehnfuge gezogen wurde

Weiterhin sind Schäden vermeidbar indem die erforderlichen Schichtdicken von OS-Systemen eingehalten werden. Bild 7.44 zeigt ein OS 11a-System mit zu geringen Schichtdicken. Statt der erforderlichen 1,5 mm weist die elastische Schwimmschicht nur eine Dicke von ca. 1 mm auf. Selbst die maximalen Schichtdicken der Schwimmschicht liegen unter den in der RL-SIB geforderten 1,5 mm. Die Rissüberbrückungsfähigkeit ist bei diesem OS 11a-System, aufgrund der eindeutig nicht eingehaltenen Schichtdicke der elastischen hwO erheblich reduziert.

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7 Oberflächenschutzsysteme

Bild 7.44: Schnitt durch ein OS 11a-System mit zu geringen Schichtdicken und daraus resultierender reduzierter Rissüberbrückungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit

Des Weiteren ist die Dicke der verschleißfesten Deckschicht in Bild 7.44 mit weniger als ca. 1,4 mm im Vergleich zur in RL-SIB geforderten Mindestschichtdicke von 3 mm völlig unzureichend. Somit ist auch nicht von einer hohen Dauerhaftigkeit des OS-Systems auszugehen. Zur Mängelbeseitigung ist ein Entfernen der Beschichtung erforderlich. Um solche Schäden zu vermeiden, müssen bereits bei der Planung die nach RL-SIB erforderlichen Schichtdickenzuschläge ausgeschrieben und bei der Ausführung eingehalten werden (s. Tabelle 7.1).

7

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

8.1 Allgemeines – Baustoffe für Spezialanwendungen Bisher wurden in den Kapiteln 5, 6 und 7 die Stoffe beschrieben, die im großen Umfang für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen eingesetzt werden. Zusätzlich gibt es eine Reihe weiterer Materialien, die nicht in RL-SIB, ZTV-ING, ZTV-W oder EN 1504, sondern anderen Regelwerken enthalten sind, die auch den Neubau betreffen. Diese können im Rahmen dieses Buches nicht komplett dargestellt werden. In den nachfolgenden Abschnitten werden ausgewählte Baustoffe dargestellt, die häufig bei Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen benötigt werden. Es werden Fugenabdichtungen, Kleber für Verstärkungslamellen und Verankerungsmörtel beschrieben.

8.2 Materialien zur Abdichtung von Fugen 8.2.1 Allgemeines Im Beton- und Stahlbetonbau werden je nach Konstruktion und ausführungstechnischen Erfordernissen verschiedene Fugenarten angeordnet. Im Wesentlichen wird zwischen Bewegungs-, Arbeits- und Scheinfuge unterschieden (Tabelle 8.1). Scheinfugen sind umstritten und werden heute nur noch für bestimmte Anwendungen, wie z. B. bei Betonstrassen, vorgesehen /DBV01/. Bei der Auswahl von Fugenmaterialien und der Konstruktion der Fugen ist insbesondere hinsichtlich folgender Einsatzgebiete zu unterscheiden: •

Fugen in trockener Umgebung

•

Fugen in nicht drückendem Wasser

•

Fugen in drückendem Wasser

•

Fugen in Betonbauwerken beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen.

Nachfolgend werden Fugenbleche, Fugenbänder, Fugendichtstoffe, Fugenabdeckbänder und quellfähige Fugeneinlagen beschrieben. Darüber hinaus können Fugen auch über Injektionen und Injektionsschläuche abgedichtet sowie nachträglich instand gesetzt werden. Die Injektionsmaterialien sowie die allgemeine Vorgehensweise sind im Kapitel 6 beschrieben. Weiterführendes kann /DBV96/, /Hoh07/ entnommen werden. Der Einsatz von Dichtungsrohren, i. d. R. aus PVC-P, nachträglich eingedrückter Kompressionsdichtungen und Streckmetallabschalungen in Scheinfugen wird hier nicht behandelt. Ebenso wenig wird die Planung und

254

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

Ausführung von Fugen in diesem Buch beschrieben, da dies ein eigenständiges Buch wäre. Weiterführende Literatur hierzu ist u. a. in /DBV01/, DIN 18 540:12.2006, DIN V 18 197:10.2005, /Hoh07a/, IVD-Merkblätter und BFS Merkblatt 23 enthalten. Tab. 8.1: Übersicht über Fugenarten, Zweck und Anordnung nach /DBV01/ Fugenart

Darstellung (Schema)

Zweck

Dehnfugen, Setzungsfugen, Raumfugen

− Gegenseitige Bewegungsmöglichkeit der getrennten Bauteile, ggf. in mehreren Richtungen

Arbeitsfugen inkl. Pressfugen

− Abgrenzung von Betonierabschnitten − Abbau von Zwangspannungen infolge Hydratationswärmeentwicklung − Schnittgrößen können übertragen werden − durchlaufende Bewehrung, außer bei Pressfugen

Scheinfuge

− durch Querschnittsschwächung außen oder innen „Vorzeichnung“ der Risse (Sollrissstellen, Sollbruchstellen) − Bewegungsmöglichkeit bei Bauteilverkürzungen (Rissöffnung) − Abbau von Zwangsspannungen (Temperatur und Schwinden) − je nach Ausbildung Querkraftübertragung möglich, Bewehrung läuft ganz oder teilweise durch

8

8.2.2 Fugenbleche Das Prinzip der Fugenbleche ist in Tabelle 8.2 dargestellt. Zum Einsatz kommen i. d. R. Stahlbleche in einer Breite von 250 mm bis 400 mm und einer Dicke von 0,8 mm bis 2 mm. Ferner gibt es beschichtete Bleche. Ein Korrosionsschutz der Fugenbleche ist jedoch bei zeitnahem Einbau in herkömmliche Betone nicht erforderlich, da das eingebettete Blech durch das alkalische Milieu des Betons vor Korrosion geschützt ist.

8.2.3 Fugenbänder Für das Abdichten von Betonfugen mit Fugenbändern werden i. d. R. Elastomer-Fugenbänder nach DIN 7865 oder Fugenbänder aus thermoplastischen Kunststoffen nach DIN 18 541 eingesetzt. Die Auswahlkriterien, Konstruktionsgrundlagen und Ausführung enthält DIN V 18 197. Fugenbänder bestehen im Wesentlichen aus weichgemachtem Polyvinylchlorid (PVC-P), aus Natur- und Synthese-Kautschuk (Elastomer) oder einer Kombination aus PVC-P und NitrilButadien-Kautschuk (NBR). Tabelle 8.3 stellt die Materialien vergleichend gegenüber.

8.2 Materialien zur Abdichtung von Fugen

255

Das Thermoplast PVC-P ist auf der Baustelle schweißbar. PVC-P ist in der Standardausführung nicht öl- und bitumenbeständig (Bezeichnung NB). Durch spezielle Weichmacher mit polymerem Molekülaufbau kann jedoch auch öl- und bitumenverträgliche Qualität realisiert werden (Bezeichnung BV) /DBV01/. Fugenbänder aus Natur- und Synthese-Kautschuk besitzen, auch bei tiefen Temperaturen, eine hohe Elastizität. Dadurch sind sie hinsichtlich des anstehenden Wasserdruckes und der Fugenbewegungen leistungsfähiger als PVC-P bzw. Kombinationsprodukte. Der Rohkautschuk wird unter Zugabe von Weichmachern, Alterungsschutz, Dispergiermittel, Füllstoffen und Vulkanisationsbeschleuniger bei Temperaturen zwischen 120 °C und 180 °C vulkanisiert. Für die Standard-Fugenbandqualität wird überwiegend Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als Basisstoff eingesetzt. Bei erhöhten Anforderungen an Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit werden Polychloropren-Kautschuk (CR) oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) gewählt. Dichtungen mit erhöhter Widerstandsfähigkeit gegen Einwirkung von Leichtflüssigkeiten wie Benzin oder Öl werden aus Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) hergestellt /DBV01/. Fugenbänder aus Kombinationspolymerisat bestehen aus ca. 70 % PVC-P und ca. 30 % NBR. Der NBR-Zusatz ergibt gegenüber PVC-P eine höhere Elastizität, Bruchdehnung sowie Reißund Kältefestigkeit. Fugenbänder gibt es in unterschiedlichen Ausführungsformen. Diese Formen richten sich nach der Art der Fuge (Arbeits- oder Bewegungsfuge) und danach, ob das Fugenband innen- oder außenliegend ist. Im einbetonierten Zustand erfolgt die Dichtungswirkung der Fugenbänder ohne Stahllaschen über den verlängerten Wasserumlaufweg mit häufiger Richtungsänderung (siehe Tabelle 8.2), d. h. die Abdichtung erfolgt nur durch die Rippen. Für Fugenbänder gilt, dass nur Stumpfstöße innerhalb eines geradlinigen Fugenverlaufes auf der Baustelle hergestellt werden. Kreuzungsstöße sind z. B. ausschließlich im Werk als Formteile herzustellen.

8

256

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

Tab. 8.2: Darstellung der Funktionsprinzipien und Materialien ausgewählter Fugenabdichtungen

8

257

8.2 Materialien zur Abdichtung von Fugen

Tab. 8.3: Vergleich ausgewählter Eigenschaften von Fugenbandwerkstoffen /DBV01/ Beanspruchung / Eigenschaften

Fugenbandmaterial PVC-P (NB),

PVC-P (BV), ölund bitumenverträglich

Kombination PVC-P mit NBR

Elastomer

normal beständig große Fugenbewegungen

0

0

+

++

Bitumenverträglichkeit

0

++

0/++*)

+

Ölverträglichkeit

+

++

+

+

Benzinverträglichkeit

0

+

+

0

Verträglichkeit mit festen organischen Stoffen, wie Polystrol, Polyurethan, Silikonkautschuk

0

+

+

+

-20°C

+

+

++

++

+60°C

+

+

++

+

+80°C

0

0

+

0

Sauerstoffbelastbarkeit

++

++

++

+

Freibewitterung

+

+

+

0

Rückstellvermögen bei hoher Dauerlast

0

0

+

++

Schlagunempfindlichkeit bei Kälte

0

0

+

+

Widerstand gegen radioaktive Strahlung

begrenzt

begrenzt

begrenzt

begrenzt

schweißbar

schweißbar

schweißbar

vulkanisierbar

Temperaturverhalten bei

Fügetechnik

8

Erläuterung: ++ sehr gut bzw. hoch + geeignet bzw. gering 0 ungeeignet bzw. nicht * ) je nach Materialzusammensetzung

In der ursprünglichen Form sind Fugenbleche sowie Fugenbänder zur Instandsetzung von Fugen selten geeignet, da sie in das Betonbauwerk eingebracht werden müssen. Bild 8.1 zeigt jedoch exemplarisch die Abdichtung eines undichten Fußpunktes zwischen Bodenplatte und Wand mit einem Spezialfugenband, das mit Epoxidharz aufgeklebt wird. Das Fugenband wurde wasserseitig in einem Sprinklertank angeordnet, nachdem bei der Erstbefüllung erhebliche Wasserverluste auftraten.

258

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

Bild 8.1: Abdichtung eines undichten Fußpunktes zwischen Bodenplatte und Wand eines wassergefüllten Sprinklertanks (Prinzipskizze) /Hoh07/

8.2.4 Fugendichtstoffe und Fugenvergussmassen

8

Der Einsatz von Fugenmassen (Fugendichtstoffen und Fugenvergussmassen) ist auf den Verschluss der Fugen begrenzt. Derart ausgebildete Fugen sind nicht dauerhaft für die Abdichtung bei drückendem Wasser geeignet. Fugendichtstoffe werden im plastischen, Fugenvergussmassen im flüssigen Zustand in die vorgefertigten Fugenaussparungen eingebracht. Dort binden sie zu einem festen Fugenkörper ab. Ihre Dichtfunktion beruht auf der Haftung an den Fugenflanken (Adhäsion). Mit Fugendichtstoffen abgedichtete Bewegungsfugen und mit Fugenvergussmassen verfüllte Scheinfugen sind in der Regel keine dauerhaften Fugenkonstruktionen. Sie sind als Fugen anzusehen, die in regelmäßigen Abständen gewartet werden müssen. Fugenmassen werden nach dem mechanischen Verhalten, dem Abbindevorgang und der chemischen Rohstoffbasis unterschieden (siehe Tabelle 8.4). Es werden sowohl EinKomponenten-Systeme, die durch Feuchtigkeit- und Wärmeabfluss sowie Oxydation abbinden, als auch Zwei-Komponenten-Systeme, die chemisch vernetzen bzw. durch Aufnahme von Luftfeuchtigkeit erhärten, angeboten. Bild 8.2 zeigt beispielhaft eine Fuge aus PURFugendichtstoff zwischen Tribünenstufen eines Fußballstadions. Die Bilder 8.3 und 8.4 zeigen schadhafte Fugen mit Fugendichtstoffen. Die Fehlstelle in der Fuge im Übergang vom Boden zur Wand (Bild 8.3) bedingt die Undichtigkeit der Fuge. Die unvollständige Flankenhaftung des Fugendichtstoffes in Bild 8.4, links, bedingt ebenfalls den Durchtritt des Wassers. Daraus resultiert, dass der Stahlbeton in der Umgebung der Fuge feucht ist (Bild 8.4, rechts).

8.2 Materialien zur Abdichtung von Fugen

259

Bild 8.2: Beispiel für eine Fuge zwischen Tribünenstufen mit PUR-Fugendichtstoff

Bild 8.3: Beispiel für eine Fuge mit Fugendichtstoff mit einer Fehlstelle im Übergang Boden/Wand

Bild 8.4: Beispiel für eine Fuge mit Fugendichtstoff mit unvollständiger Flankenhaftung. Links: Ansicht der Fuge in einer Brückenkappe von oben. Rechts: Ansicht der Brückenkappenfuge von unten

8

260

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

Tab. 8.4: Unterscheidung von Fugenmassen nach ihrer Rohstoffbasis /DBV01/ Fugenmasse

Rohstoffe

Aufbau

Praktische Dehnfähigkeit

Beispiele für Einsatzgebiete

Fugendichtstoffe

Polysulfid

Zwei-Komponenten-

10 bis 25 %

Fugenmassen

Systeme

Fugen im Hoch-, Tief-, Fertigteilbau, Brücken, Bodenfugen, Fassaden, WHG-Fugen nach DAfStbRichtlinie /WHG/, /DAfStb96/ und Fugen bei Kläranlagen Anschlussfugen und zum Verkleben von Fugenabdeckbändern

Ein-KomponentenSysteme

8

Fugenvergussmassen

Polyurethan

Ein- und zweiKomponentenSysteme

10 bis 25 %

Boden- & Wandfugen im Industrie- & Kläranlagenbereich, WHG-Fugen nach DAfStb-Richtlinie /WHG/, /DAfStb 96/, befahrene Brücken und Parkhäuser

Silikone

1-K-System - essigvernetzend - aminvernetzend - neutralvernetzend

20 bis 25 %

Sanitärbereich, Metall- & Glasbau, z. T. im Trinkwasserbereich

PolyacrylatDichtungsMassen

1-K-System

~35 mm)

/Kle06/

• Betonschlitze: 4–5 mm breit, 20–25 mm tief Externe Spannglieder

• Gewährleistung des Korrosionsschutzes • Gewährleistung der Krafteinleitung

/AIV03/, /Pon05/

• Gewährleistung der Auswechselbarkeit

Eine Verstärkungsmaßnahme erfordert einen statischen Nachweis des Gesamtbauteils bzw. Bauwerks. Dies gilt auch für den Brandsicherheitsnachweis. Bei einer Verstärkung mittels Kohlefaserlamellen darf die rechnerische Gesamttragfähigkeit des verstärkten Bauteils nicht größer sein als das Zweifache des unverstärkten Bauteiles (Verstärkungsgrad: rechnerisches Biegebruchmoment des verstärkten Bauteils/rechnerisches Biegebruchmoment des unverstärkten Bauteils ≤ 2). Da die Materialien für den Betonersatz bzw. die Betonergänzung bereits im Kapitel 5 ausführlich beschreiben wurden und externe Spannglieder nicht Bestandteil dieses Buches sind, wird im Folgenden auf die Verstärkung der Zugzone durch CFK-Lamellen (CFK: Kohlenstofffa-

8.3 Kleber für Verstärkung

serverstärkter Kunststoff) detaillierter eingegangen. Allerdings werden zunehmend auch Aramid- oder Glasfasern zur Verstärkung eingesetzt. Kohlenstofffasern werden auf synthetischem Weg durch stufenweises Verkoken organischer Ausgangsstoffe hergestellt. Durch mechanisches Strecken bei Temperaturen bis 3000 °C bildet sich eine ausgeprägte längsgerichtete Struktur. Die Fasern sind erhältlich mit E-Moduln zwischen 2000 und 8000 N/mm² bei einer Dichte zwischen 1,7 und 1,95 g/cm³. CFK-Lamellen werden im Pultrusionsverfahren aus Epoxidharz und Kohlenstofffasern hergestellt. Die Lamellen haben eine Dicke von 1 mm bis 2 mm und eine Breite von 50 mm bis 300 mm. Die Lieferlängen liegen zwischen 250 m und 500 m. Die Kohlenstofffasern sind in den Lamellen gestreckt unidirektional angeordnet. Der Faservolumengehalt liegt bei ca. 70 %. Im Querschnitt einer 1,2 mm dicken und 50 mm breiten Lamelle sind ca. 1,3 Mio. Kohlenstofffasern enthalten /Ber05/. Das Material erreicht Zugfestigkeiten bis zu 7000 N/mm². Handelsübliche CFK-Lamellen weisen jedoch Zugfestigkeiten zwischen 2000 und 3000 N/mm² auf. CFK-Lamellen können entweder oberflächlich auf den Beton aufgeklebt oder eingeschlitzt werden. Für die Klebung dürfen nur zugelassene Reaktionsharzsysteme verwendet werden. Die Rezepturen sind beim Deutschen Institut für Bautechnik zu hinterlegen. Eine Grundierung des Betons ist bei den üblichen Klebern in der Regel nicht erforderlich. Bei stark saugendem Beton sowie bindemittelarmen Ausgleichsmörteln kann eine Vorbenetzung mit leicht pastösem oder mäßig viskosem Epoxidharz zweckmäßig sein. Bei den Klebern handelt es sich in der Regel um mineralisch gefülltes, lösungsmittelfreies Epoxidharz. Die einzelnen Komponenten sollen, um die Kontrolle des vollständigen Mischens zu erleichtern, kontrastreich pigmentiert sein. Die Konsistenz des Gemisches sollte im gesamten Verarbeitungszeitraum an senkrechten Flächen und „über Kopf“ einen 5 mm dicken Auftrag erlauben. Vor der Durchführung der Verstärkungsmaßnahme mit CFK-Lamellen ist zu überprüfen, ob die in Tabelle 8.5 genannten Voraussetzungen gegeben sind. Der Einsatz von CFK-Lamellen kann in Deutschland nur mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung erfolgen. Durch eine mechanische Endverankerung können die Lamellen auch vorgespannt werden, wodurch eine höhere Ausnutzung der Lamellen möglich ist. Im Falle eines Brandes stellt der Kleber die Schwachstelle der Verstärkung mit CFK-Lamellen dar. Der Epoxidharzkleber versagt bereits bei Temperaturen unter 100 °C. Die Glasübergangstemperatur von üblichen Epoxid-Bauklebern liegt zwischen 50 und 100 °C. Um dennoch einen entsprechenden Brandwiderstand zu erreichen, müssen diese Verstärkungen z. B. mit Brandschutzplatten oder mit schäumenden Schutzmitteln gegen Brandeinwirkung geschützt werden. Eingeschlitzte Kohlenstofffaser-Lamellen werden durch den umgebenden Beton im Normalfall genügend geschützt /Ber05/. Der Brandsicherheitsnachweis kann über zwei Wege geführt werden: •

Nachweis der Feuerwiderstandsdauer unter der Voraussetzung, dass die Laschen im Brandfall ausfallen, oder

•

Nachweis, dass die Lasche und der Kleber hinreichend gegen Erwärmung geschützt ist.

In der DIN EN 1504, Teil 4, werden Anforderungen an die Identifizierung, das Leistungsvermögen (einschließlich Dauerhaftigkeit) und die Sicherheit von Produkten und Systemen zum Kleben festgelegt. Hierbei handelt es sich um Kleber, die zur Herstellung des Verbundes von Verstärkungsmaterialien mit einem bestehenden Betontragwerk anzuwenden sind. Dies beinhaltet:

263

8

264

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

•

das Kleben von außen liegenden Stahlplatten oder sonstigen geeigneten Werkstoffen (z. B. faserverstärkten Verbundstoffen) auf die Oberfläche eines Betontragwerkes für Verstärkungszwecke einschließlich der Überlappung von Platten bei derartigen Anwendungen;

•

das Kleben von Festbeton auf Festbeton, üblicherweise bei der Verwendung von vorgefertigten Betonteilen für die Instandsetzung und Verstärkung;

•

das Kleben von Frischbeton auf Festbeton mit Hilfe einer Klebefuge, wobei diese durch Verbundwirkung einen Teil des Tragwerkes bildet.

Die zum Nachweis der Erfüllung der in der Norm genannten Anforderungen notwendigen Prüfverfahren sind ebenfalls über europäische Prüfnormen genormt. Da in Deutschland derartige Kleber nur in Kombination mit dem entsprechenden Verstärkungsmaterial, geprüft im Rahmen in einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung, erhältlich sind, haben diese Prüfnormen derzeit für die Verwendung der Kleber in Deutschland keine besondere Bedeutung. Bild 8.5 zeigt die lokale Verstärkung eines Kühlturmes im Bereich der Taillierung mit Kohlenstofffasergeweben. Die unidirektionalen Kohlenstofffasergewebe wurden vor Ort in einen Epoxidharzkleber eingebettet. Damit ist eine flexible Anpassung an die Bauteilgeometrie möglich. Zusätzlich wurde der Kühlturm teilweise beschichtet.

8

Bild 8.5: Nachträgliche Verstärkung eines Kühlturmes in der Taillierung mit Kohlenstofffasergeweben

265

8.4 Verankerungsmörtel für Bewehrungsstäbe

8.4 Verankerungsmörtel für Bewehrungsstäbe 8.4.1 Allgemeines Der nachträgliche Anschluss mit eingemörtelten gerippten Bewehrungsstäben wurde durch die Entwicklung leistungsfähiger Verbundmörtelsysteme und einer einfachen Anwendungstechnik gefördert. Die Bewehrungsstäbe werden in einem gebohrten Loch kraftschlüssig vermörtelt. Es können so nachträglich betonierte Bauteile mit der bestehenden Stahlbetonstruktur verbunden werden. Weiterhin ist eine Verstärkung bestehender Betonbauteile durch zusätzlich in Nuten oder Löcher eingemörtelte Bewehrung möglich. Seit dem Jahr 2000 liegen allgemein bauaufsichtlich zugelassene Verankerungsmörtel vor. Die Arbeiten von Spieth /Spi02/, /Spi05/ haben wesentlich zur Entwicklung der heutigen Verankerungsmörtel inklusive Anwendungstechnik beigetragen.

8.4.2 Anforderungen nach DIN EN 1504-6 In der DIN EN 1504, Teil 6 werden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit (einschließlich Dauerhaftigkeit) von Produkten und Systemen festgelegt, die zur Verankerung von Bewehrungsstahl (Betonrippenstahl) verwendet werden, um die Tragfähigkeit zu erhöhen bzw. wiederherzustellen. Der Normteil deckt den Anwendungsbereich nach dem Instandsetzungsverfahren 4.2 (Verstärken: Einbau von Verbindungs- und Bewehrungsstäben in den Beton in vorher gebildete Nuten oder gebohrte Löcher) der EN V 1504-9:1997 ab. Tabelle 8.6 fasst die Leistungsanforderungen an Verankerungsprodukte nach DIN EN 15046:2006 zusammen. Die genannten Prüfverfahren sind in europäischen Prüfnormen genormt. In Deutschland werden Verankerungsmörtel mit entsprechender Bewehrung und ggf. Anwendungstechnik allerdings über nationale und ggf. europäische Zulassungen geregelt. Tab. 8.6: Leistungsanforderungen an Verankerungsprodukte nach DIN EN 1504-6:2006 Leistungskennwert

Prüfverfahren

Anforderung

Ausziehwiderstand

EN 1881

Verschiebung  0,6 mm bei einer Last von 75 kN

EN 1015-17

 0,05 %

EN 12 614

 45 °C oder 20 °C über der maximalen Umgebungstemperatur des Bauwerks während der Nutzung, der größere Wert ist maßgebend

EN 1544

Verschiebung  0,6 mm nach 3-monatiger ununterbrochener Belastung mit 50 kN

Chloridionengehalt Glasübergangstemperatur

Kriechverhalten unter Zuglast

*

*

Nur für Kunstharzprodukte

Es ist zu beachten, dass die Leistungsanforderungen für die Zulassung in Deutschland derzeit deutlich höher sind als die in Tabelle 8.6 zusammengestellten Anforderungen zur Erlangung eines CE-Zeichens für ein Verankerungsprodukt.

8

266

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

8.4.3 Verbundmörtelsysteme und Installation

8

Auf dem Markt werden verschiedene Verbundmörtelsysteme angeboten. Sie unterscheiden sich in der Mörtelzusammensetzung und Einbauart. Verwendet werden Mörtel auf der Basis von Zement, Reaktionsharz bzw. einer Mischung aus beiden (Hybrid-System). Mörtel aus Reaktionsharz ohne bzw. mit Zement werden als Injektionssysteme oder Patronensysteme, Mörtel auf Zementbasis als Trockenmischung angeboten. Bei allen Systemen wird ein Bohrloch gebohrt oder eine Nut erstellt und gereinigt. Bohrverfahren und Bohrlochreinigung hängen vom verwendeten System ab. Am weitesten verbreitet sind die so genannten Injektionsysteme /Spi02/. Dabei werden die Komponenten des Verbundmörtels in Kartuschen getrennt nach Harz und Härter aufbewahrt. Der Verbundmörtel wird in das gereinigte Bohrloch injiziert. Die Injektion erfolgt mit einer speziellen Injektionspistole, wobei Harz und Härter in einem aufgesteckten Statikmischer mit integrierter Mischwendel kontinuierlich gemischt werden. Anschließend wird der Bewehrungsstab in das mit Verankerungsmörtel gefüllte Bohrloch eingeschoben. Bei Patronensystemen werden die Patronen in das gereinigte Bohrloch eingeschoben und der Bewehrungsstab mit dem Hammer eingeschlagen. Dabei werden die Glaspatronen zerstört und Harz sowie Härter vermischt. Trockenmischungen auf Zementbasis werden auf der Baustelle mit einer vorgegebenen Menge Wasser vermischt und i. d. R. in das Bohrloch gegossen. Bild 8.6 zeigt mittlere Verbundspannungs-Verschiebungskurven von verankerten Bewehrungsstäben bei Verwendung unterschiedlicher Injektionssysteme. Die Bohrlöcher wurden jeweils sehr gut gereinigt. Zum Vergleich ist die mittlere VerbundspannungsVerschiebungskurve von einbetonierten Bewehrungsstäben dargestellt. Im Vergleich mit diesen einbetonierten Stäben weisen die untersuchten Hybrid-Systeme (Mischung aus Reaktionsharz und Zement) eine etwa gleiche Verbundsteifigkeit und eine etwas höhere Verbundfestigkeit auf. Das gewählte Epoxidharzsystem und das Zementsystem zeigen deutlich höhere Verbundsteifigkeiten mit höheren (Epoxidharz) bzw. niedrigeren (Zement) Verbundfestigkeiten. Das Polyestersystem weist im gesamten Verschiebungsbereich geringere Verbundspannungen auf als einbetonierte Stäbe. Weisen verankerte Bewehrungsstäbe ein deutlich unterschiedliches Verbundspannungs-Verschiebungsverhalten auf als einbetonierte Stäbe, kann sich dies ungünstig auf das Tragverhalten von Anschlüssen auswirken /Spi02/. Die Bohrlochreinigung hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Tragverhalten von verankerten Bewehrungsstäben. Die optimale Bohrlochreinigung ist von der Zusammensetzung des Mörtels, der Art der Montage und dem Bohrverfahren abhängig. In Bild 8.7 sind Verbundspannungs-Verschiebungskurven von Bewehrungsstäben dargestellt, die mit einem Hybrid-System bzw. einem Zementsystem verankert wurden. Die Bohrlöcher wurden im Hammerbohrverfahren hergestellt, während die Bohrlochreinigung variiert wurde. Bei dem HybridSystem ergab eine Bohrlochreinigung mit Druckluft, unter Verwendung einer speziellen Druckluftdüse, und mit einer Drahtbürste, die in einer Bohrmaschine eingespannt war, optimale Ergebnisse. Demgegenüber war bei dem Zementsystem eine Reinigung mit Hochdruckwasserstrahl und Druckluft sehr wirksam, weil dadurch gleichzeitig der Beton in der Kontaktschicht vorgenässt wurde. Bei beiden Systemen führte eine Bohrlochreinigung mit Handbürste und Handausbläser nicht zu ausreichenden Ergebnissen.

8.4 Verankerungsmörtel für Bewehrungsstäbe

267

Bild 8.6: Mittlere Verbundspannungs-Verschiebungskurven von einbetonierten und eingemörtelten Bewehrungsstäben (Große Betondeckung, Stabdurchmesser 20 mm, Verankerungslänge 300 mm, sehr gute Bohrlochreinigung) /Spi02/

8

Bild 8.7: Einfluss der Bohrlochreinigung auf Verbundspannungs-Verschiebungskurven (große Betondeckung, Stabdurchmesser 20 mm, Verankerungslänge 300 mm, Hammerbohrverfahren) /Spi02/

268

8 Fugenabdichtungen, Kleber und Verankerungsmörtel

Die Bohrlöcher können durch Hammerbohren, Pressluftbohren oder mit Diamantbohrverfahren erstellt werden. Dabei ergibt Pressluftbohren eine raue Betonoberfläche, die zu hohen Verbundfestigkeiten führt. Eine Erhöhung der Verbundfestigkeit kann auch durch mechanisches Aufrauen der Bohrlochwandung erreicht werden. Der Einfluss des Bohrverfahrens ist jedoch vom Verankerungsmörtel abhängig. Die Verbundfestigkeit von Verankerungsmörtel kann durch chemische Einflüsse (z. B. Alkalität des Betons, Sulfate) sowie erhöhten Temperaturen und ständiger Feuchte reduziert werden. Bei der Auswahl eines dauerhaft geeigneten Verankerungsmörtels ist somit auf die vorliegenden objektspezifischen Randbedingungen zu achten.

8

9 Europäisch genormte Prüfverfahren für Schutz- und Instandsetzungsstoffe 9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.1 Allgemeines – Regelwerke Mit der europäischen Normung von Produkten und Systemen für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken (DIN EN 1504) entsteht in Deutschland ein Umbruch hinsichtlich der bisherigen Vorgehensweisen in diesem Bereich. Bisher war der Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken in der RL-SIB /DAfStb01/, der ZTV-ING /ZTVI/ sowie für spezielle Fragenstellungen im Wasserbau in der ZTV-W /ZTVW/ geregelt. Innerhalb dieser Regelwerke wurden auch die notwendigen Leistungsanforderungen mitsamt Prüfverfahren festgelegt. Insbesondere hinsichtlich der Prüfverfahren bestand eine weitgehende Übereinstimmung zwischen der RL-SIB und der ZTV-ING bzw. ZTV-W. Dabei stand i. d. R. die Prüfung am Gesamtsystem im Vordergrund. Mit der Erarbeitung der DIN EN 1504 wurden auch die Prüfverfahren für die Stoffe europäisch genormt. Insgesamt sind in diesem Rahmen 61 zusätzliche Prüfnormen entstanden, gleichzeitig werden jedoch auch bestehende europäische Normen aus anderen Bereichen sowie internationale Normen (ISO – Internationale Organisation für Normung) genutzt. Diese Prüfnormen wurden inzwischen vollständig veröffentlicht und stellen eine wesentliche Grundlage für die CE-Kennzeichnung dar. Über so genannte Restnormen werden in Deutschland zusätzliche Prüfungen gefordert, damit der Standard der bisherigen Regelwerke aufrechterhalten wird. Langfristig wird sich jedoch eine europaweite einheitliche Vorgehensweise ausbilden. Aus diesem Grund werden in den folgenden Abschnitten die europäischen Prüfnormen, die zur Prüfung von Produkten und Systemen für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken nach DIN EN 1504 relevant sind, jeweils kurz dargestellt. Dabei wird nicht auf die Prüfnormen für Kleber und Verankerungsmörtel eingegangen, da diese Stoffe in Deutschland über Zulassungen geregelt werden. Diese Prüfnormen werden in einem Zyklus von fünf Jahren überarbeitet. Es ist damit zu rechnen, dass im Zuge der Überarbeitung der Normenreihe DIN EN 1504 neue Leistungsmerkmale in den jeweiligen Produktteilen aufgenommen werden, so dass vermutlich in den nächsten Jahren weitere Prüfnormen hinzukommen. Die übergangsweise in Deutschland nach DIN V 18 026-28 zusätzlich geforderten Prüfungen sind in den Regelwerken RL-SIB /DAfStb01/, ZTV-ING /ZTVI/ bzw. ZTV-W /ZTVW/ erläutert. Die Darstellung der Prüfnormen erfolgt in den nachfolgenden Abschnitten nicht chronologisch sondern sortiert nach •

Prüfungen an den Ausgangsstoffen, die zur Identifikation dienen, und

•

Prüfungen an den angemischten sowie ausgehärteten Stoffen, an dessen Eigenschaften in der DIN EN 1504 sowie den entsprechenden Restnormen jeweils spezielle Anforderungen gestellt werden.

270

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.2 Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe 9.2.1 Allgemeines An den Ausgangsstoffen der Instandsetzungsmörtel, Korrosionsschutzmaterialien, Injektionsstoffe und Oberflächenschutzsysteme werden die in Tabelle 9.2.1 dargestellten Prüfungen durchgeführt. Die Anforderungen, die die geprüften Produkte erfüllen müssen, sind im Anhang 11.1 bzw. Abschnitt 5.8.3 (Korrosionsschutz) angegeben. Tab. 9.2.1: Prüfungen an den Ausgangsstoffen mit Angabe, in welchen nachfolgenden Abschnitten die Prüfungen beschrieben sind Norm

Abschnitt

Infrarotanalyse (für Produkte mit organischen Polymeren)

DIN EN 1767

9.2.2

Granulometrie der trockenen Bestandteile

DIN EN 12 192-1

9.2.3

Thermogravimetrische Analyse (nur für PCs)

DIN EN ISO 11 358

9.2.4

Epoxid-Äquivalent (nur für PCs)

DIN EN 1877-1

9.2.5

Aminzahl

DIN EN 1877-2

9.2.6

Flüchtiger/nicht flüchtiger Anteil in den flüssigen Bestandteilen (nur für PCs)

DIN EN ISO 3251

9.2.7

Eigenschaft Instandsetzungsmörtel nach DIN EN 1504-3

Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5

9

Epoxid-Äquivalent (für Polymerbindemittel)

DIN EN 1877-1

9.2.5

Aminzahl (für Polymerbindemittel)

DIN EN 1877-2

9.2.6

Hydroxylzahl (für Polymerbindemittel)

DIN EN 1240

9.2.8

Isocyanatgehalt (für Polymerbindemittel)

DIN EN 1242

9.2.9

Infrarotanalyse (für Polymerbindemittel)

DIN EN 1767

9.2.2

Dichte (für Polymerbindemittel)

DIN EN ISO 2811-1,2

9.2.10

Korngrößenanalyse durch Laserdiffraktion (für hydraulische Bindemittel)

ISO 13 320-1

(hier nicht beschrieben)

Korrosionsschutz der Bewehrung nach DIN EN 1504-7 Dichte

DIN EN ISO 2811-1,2

9.2.10

Infrarotanalyse

DIN EN 1767

9.2.2

Epoxid-Äquivalent

DIN EN 1877-1

9.2.5

Aminzahl

DIN EN 1877-2

9.2.6

Flüchtige und nicht flüchtige Anteile

DIN EN ISO 3251

9.2.7

Thermogravimetrische Analyse

DIN EN ISO 11 358

9.2.4

271

9.2 Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe

Eigenschaft

Norm

Abschnitt

Oberflächenschutzsysteme für Beton nach DIN EN 1504-2 Dichte

DIN EN ISO 2811-1,2

9.2.10

Infrarotanalyse

DIN EN 1767

9.2.2

Epoxid-Äquivalent

DIN EN 1877-1

9.2.5

Aminzahl

DIN EN 1877-2

9.2.6

Hydroxylzahl

DIN EN 1240

9.2.8

Isocyanatgehalt

DIN EN 1242

9.2.9

Flüchtige und nicht flüchtige Anteile

DIN EN ISO 3251

9.2.7

Aschegehalt

DIN EN ISO 3451-1

9.2.11

Thermogravimetrische Analyse

DIN EN ISO 11 358

9.2.4

Granulometrie der trockenen Bestandteile

DIN EN 12 192-1

9.2.3

Viskosität

DIN EN ISO 3219

9.3.11

Auslaufzeit

DIN EN ISO 2431

9.2.12

9.2.2 Infrarotanalyse nach DIN EN 1767: 09.1999

9.2.1.1 Anwendungsbereich Die Infrarotanalyse erzeugt ein charakteristisches Spektrum für einen Stoff, der wie ein Fingerabdruck zur Identifizierung dient. Die Norm gilt für alle organischen Stoffe auf der Basis von Kunstharzen vor der Anwendung. Bei Produkten mit mehreren Komponenten ist jede einzelne Komponente vor dem Mischen zu prüfen. Enthält der Stoff Pigmente oder Füllstoffe, die die Messung beeinflussen, bzw. handelt es sich um eine Lösung oder Emulsion, muss das zu untersuchende Bindemittel aus dem Stoffgemisch abgetrennt werden. Die Vorgehensweise ist in der Norm beschrieben.

9 9.2.1.2 Messprinzip Bei bestimmten Frequenzen im Infrarotbereich können organische Moleküle in Schwingung geraten. Trifft die Infrarotstrahlung das Molekül und stimmt die Strahlungsfrequenz mit der Schwingungsfrequenz des Moleküls überein, wird ein Teil der Strahlungsenergie absorbiert. Die Änderung der Strahlungsenergie in bestimmten Wellenbereichen erzeugt eine Reihe von Absorptionsbanden. Aus der Summe der Absorptionsbanden entsteht das Infrarotspektrum (IR-Spektrum), das für den chemischen Aufbau einer bestimmten Verbindung charakteristisch ist. Der Spektralbereich beträgt mindestens 4000 cm-1 bis 625 cm-1.

272

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.2.3 Korngrößenverteilung der Trockenkomponente von Fertigmörtel DIN EN 12 192-1: 09.2002 9.2.3.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für die Trockenkomponenten von Mörtelmischungen mit einem Größtkorn von bis zu 8 mm bis 10 mm.

9.2.3.2 Prüfverfahren Die Prüfsiebe sind in der Reihenfolge zunehmender Sieböffnungen auf eine Bodenschale übereinander zu stellen (Nennweiten der Prüfsiebe in mm: 8–4-2–1-0,5–0,25–0,125–0,063). Die Probe mit einer Mindesttrockenmasse von 0,3 kg für Dmax  4 mm (bzw. 0,6 kg für Dmax  4 mm mit Dmax = Größtkorn der Gesteinskörnung) ist auf das oberste Sieb zu geben. Dann ist der Siebstapel so lange zu schütteln, bis weiteres Schütteln keine Massenänderung der einzelnen Siebrückstände mehr erbringt. Anschließend ist die Masse des Siebrückstandes zu messen. Die im Ofen bei 105 ± 5 °C (bzw. 60 ± 5 °C) getrocknete Probe ist unmittelbar vor der Siebung zu wiegen. Die einzelnen Siebrückstände sind als Prozentanteile der Gesamtprobenmasse zu berechnen und als Prozentanteil jedes Siebdurchgangs anzugeben. Bild 9.2.1 zeigt exemplarisch eine grafische Darstellung der Ergebnisse.

9

Bild 9.2.1:

Exemplarische Darstellung der Sieblinie eines PCCs

9.2 Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe

273

9.2.4 Thermogravimetrie (TG) von Polymeren DIN EN ISO 11 358: 11.1997 9.2.4.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für flüssige und feste Polymere. Die festen Stoffe können als Granulat, Pellets oder Pulver vorliegen.

9.2.4.2 Prüfverfahren Themogravimetrische Messungen können mit einem dynamischen Verfahren durchgeführt werden. Dabei wird eine Probe mit konstanter Rate erhitzt und die Massenänderung als Funktion der Temperatur gemessen. Alternativ wird die Probe beim isothermischen Verfahren bei einer konstanten Temperatur gehalten und die Massenänderung in einer gegebenen Zeitspanne als Funktion der Zeit gemessen. Die Masse der Probe ändert sich aufgrund von Zersetzungs-, Oxidationsreaktionen oder der Verflüchtigung von Bestandteilen. Die Massenänderung wird als TG-Kurve aufgezeichnet. Die Masse der Probe sollte größer als 10 mg sein und vor der Messung bei 23 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 ± 5 % konditioniert werden. Das Messergebnis wird als Massenänderung oder prozentuale Massenänderung in Abhängigkeit von der Zeit oder Temperatur grafisch aufgetragen und spezifische Punkte der Kurven werden ermittelt. Exemplarisch ist im Bild 9.2.2 eine TG-Kurve mit einer mehrstufigen Massenabnahme gezeigt.

9

Bild 9.2.2:

Exemplarische TG-Kurve, die eine mehrstufige Massenabnahme zeigt

274

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.2.5 Bestimmung des Epoxid-Äquivalents DIN EN 1877-1: 12.2000 9.2.5.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für alle Epoxidharzverbindungen in Produkten/Systemen für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Allerdings ist die Methode nicht auf stickstoffhaltige Epoxidharze anwendbar.

9.2.5.2 Messprinzip Als Epoxid-Äquivalent wird die Harzmenge in Gramm bezeichnet, die 1 mol Epoxidgruppen beinhaltet. Dabei wird die Reaktion der Epoxidgruppen mit naszierendem Bromwasserstoff durch die Einwirkung einer 0,1 mol/l Perchlorsäurenmaßlösung auf Tetraethylammoniumbromid hervorgerufen. Die Bestimmung des Umschlagpunktes erfolgt entweder durch Verwendung von Kristallviolett als Indikator oder durch ein potentiometrisches Verfahren. Die Epoxidzahl ergibt sich aus dem Molgewicht einer Epoxidgruppe · 100 dividiert durch das Epoxid-Äquivalent. Der Epoxid-Wert ist 1000 dividiert durch das Epoxid-Äquivalent.

9.2.6 Bestimmung der Aminzahl anhand des Totalbasizitätsgrades DIN EN 1877-2: 12.2000 9.2.6.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Aminhärter von Epoxidharzen.

9.2.6.2 Messprinzip

9

Als Totalbasizität wird diejenige Perchlorsäuremenge bezeichnet, die zur Neutralisation der Aminfunktionen in einem Gramm des Produktes erforderlich ist. Die Bestimmung der Totalbasizität erfolgt durch Titration des Aminstickstoffs in essigsaurem Medium mit 0,1 mol/l Perchlorsäure. Die Bestimmung des Umschlagpunktes erfolgt entweder durch Verwendung von Kristallviolett-Indikatorlösung oder durch ein potentiometrisches Verfahren.

9.2.7 Bestimmung des Gehaltes an nichtflüchtigen Anteilen DIN EN ISO 3251:07.2003 9.2.7.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungsstoffe, Bindemittel für Beschichtungsstoffe, Polymerdispersionen und Kondensationsharze wie Phenolharze. Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist auch auf formulierte Polymerdispersionen, die Füllstoffe, Pigmente und sonstige Hilfsstoffe enthalten, anwendbar. Bei weichmacherfreien Polymerdispersionen und Kautschuklatices muss der nichtflüchtige Rückstand unter den Prüfbedigungen chemisch stabil sein. Bei weich-

9.2 Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe

275

macherhaltigen Proben wurde festgelegt, dass der Rückstand gewöhnlich den Weichmacher beinhaltet. Da der Gehalt an nichtflüchtigen Anteilen eines Produktes von der bei der Prüfung angewendeten Temperatur und Prüfdauer abhängt, werden mit dem Verfahren nur relative Werte für den Gehalt an nichtflüchtigen Anteilen bestimmt. Das Verfahren ist somit für die Prüfung aufeinander folgender Lieferungen des gleichen Produktes gedacht.

9.2.7.2 Messprinzip Das Produkt wird in eine Schale aus Glas oder Metall mit flachem Boden (Nenndurchmesser 75 mm) gegeben. Durch die Lagerung der Schale in einem Wärmeschrank bei definierter Temperatur und über einen definierten Zeitraum entweichen die flüchtigen Anteile und der nichtflüchtige Anteil wird abschließend durch Wiegen ermittelt. Die Probenmenge beträgt gewöhnlich 1 g (flüssige Phenolharze 3 g), sie darf 2,5 g nicht überschreiten. Hochviskosen Produkten kann zur besseren Verteilung in der Schale Lösemittel zugegeben werden. Je nach Produkt und Absprache mit den Vertragspartnern variiert die Prüfdauer zwischen 20 und 120 Minuten, wobei die Temperatur zwischen 80 °C und 200 °C liegt. Angaben zur Kombination von Prüfdauer und Temperatur in Abhängigkeit vom Produkt werden in den Tabellen 1 und 2 der DIN EN ISO 3251 gegeben. Es ist jeweils eine Doppelbestimmung durchzuführen.

9.2.8 Bestimmung der Hydroxylzahl und/oder des Hydroxylgehaltes DIN EN 1240:05.1998 9.2.8.1 Anwendungsbereich Das in der Norm beschriebene Verfahren kann für Harze von Klebstoff-Komponenten, Rissfüllstoffen und Oberflächenschutzsystemen eingesetzt werden.

9.2.8.2 Messprinzip Die Hydroxylgruppen des zu prüfenden Produktes werden in einer Lösung von Essigsäureanhydrid in Pyridin acetyliert. Durch Zugabe von Wasser wird der EssigsäureanhydridÜberschuß hydrolysiert und die freigewordene Essigsäure mit einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung titriert. Die Hydroxylzahl ist die Menge an Kaliumhydroxid in Milligramm, die erforderlich ist, um die Menge Essigsäure zu neutralisieren, die sich bei der Acetylierung mit 1 g des zu prüfenden Produktes verbindet. Der Hydroxylgehalt ist der prozentuale Massenanteil der im Produkt enthaltenen Hydroxylgruppen.

9

276

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.2.9 Bestimmung des Isocyanatgehaltes DIN EN 1242:01.2006 9.2.9.1 Anwendungsbereich Die Norm beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Isocyanatgehaltes von Klebstoffen, Klebstoff-Komponenten und deren Grundbestandteile. Sie kann auch für Isocyanat-Produkte aus dem Bereich der Instandsetzung von Betontragwerken nach DIN EN 1504 eingesetzt werden. Das Verfahren ist nicht bei Produkten mit blockierten Isocyanatgruppen anwendbar, wenn diese durch die verwendeten Reagenzien freigesetzt werden können.

9.2.9.2 Messprinzip Eine gewogene Produktmenge wird in Toluol oder in einem Lösemittel gelöst und in Gegenwart eines Überschusses an Dibutylamin unter Urethanbildung umgesetzt. Das nicht umgesetzte Dibutylamin wird mit Salzsäure zurücktitriert (potentiometrisch oder in Anwesenheit eines Fabindikators). Anhand des Volumens der verbrauchten Salzsäure kann der Isocyanatgehalt als prozentualer Massenanteil der Isocyanatgruppen (NCO) ermittelt werden.

9.2.10 Bestimmung der Dichte DIN EN ISO 2811-1:10.2006, DIN EN ISO 2811-2:02.2002 9.2.10.1 Anwendungsbereich Im Teil 1 der Norm wird ein Pyknometer-Verfahren zur Dichtebestimmung beschrieben, während im Teil 2 die Dichte anhand von Tauchkörpern ermittelt wird. Beide Verfahren sind nur für Stoffe mit niedriger oder mittlerer Viskosität anwendbar. Sie gelten für Beschichtungsstoffe (Pyknometer), Lacke, Anstrichstoffe und ähnliche Produkte.

9.2.10.2 Messprinzip – Pyknometer-Verfahren

9

Ein Pyknometer wird mit dem zu prüfenden Produkt gefüllt. Aus der Masse des Produktes und des Pyknometers sowie dem bekannten Volumen des Pyknometers wird die Dichte berechnet. Es ist eine Doppelbestimmung durchzuführen. Die Probe und das Pyknometer müssen auf die festgelegte (23 ± 0,5 °C) oder vereinbarte Temperatur gebracht werden. Es muss sichergestellt sein, dass sich die Temperatur während der Prüfung um nicht mehr als 0,5 °C ändert.

9.2.10.3 Messprinzip – Tauchkörper-Verfahren Das Verfahren basiert auf dem Archimedes-Prinzip. Ein Gefäß wird mit der Probe gefüllt und auf eine Waage gestellt. Der Tauchkörper wird an einem Stativ befestigt und in die Probe getaucht. Aus der Anzeige der Waage vor (m1) und nach (m2) dem Eintauchen des Tauchkörpers in die Probe wird die Dichte nach Gleichung 9.2.1 berechnet (Bild 9.2.3).

ρ=

m2 − m1 [g/ml] Vt

Gleichung 9.2.1

9.2 Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe

Mit m2 m1 Vt

277

Masse des mit der Probe gefüllten Gefäßes nach dem Eintauchen des Tauchkörpers Masse des mit der Probe gefüllten Gefäßes vor dem Eintauchen des Tauchkörpers Volumen des Tauchkörpers bis zur Mitte der Verjüngung

Bild 9.2.3:

Ermittlung der Dichte im Tauchkörper-Verfahren (Prinzipsskizze)

Die Probe, das Gefäß und der Tauchkörper müssen auf die festgelegte (23 ± 0,5 °C) oder vereinbarte Temperatur gebracht werden. Es muss sichergestellt sein, dass sich die Temperatur während der Prüfung um nicht mehr als 0,5 °C ändert. Es ist eine Doppelbestimmung durchzuführen.

9.2.11 Bestimmung der Asche DIN EN ISO 3451-1 Entwurf:08.2006 9.2.11.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für eine Reihe von Polymeren und Formmassen.

9.2.11.2 Messprinzip In der Norm werden drei Verfahren zur Bestimmung der Asche eines organischen Materials beschrieben.

9

278

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Verfahren A: Direktes Verglühen, d. h. Verbrennung der organischen Substanz und Erhitzen des Rückstandes bei hoher Temperatur bis zum Erreichen der Massekonstanz. Verfahren B: Mit Schwefelsäurebehandlung nach der Verbrennung, d. h. Verbrennung der organischen Substanz und Überführung des anorganischen Rückstandes in die entsprechenden Sulfate mittels konzentrierter Schwefelsäure. Erhitzen des Rückstandes bei hoher Temperatur bis zum Erreichen der Massekonstanz. Verfahren C: Mit Schwefelsäurebehandlung vor der Verbrennung, d. h. Erhitzen der organischen Substanz zusammen mit konzentrierter Schwefelsäure bis auf Temperaturen, bei denen die organische Substanz zu rauchen beginnt und verbrennt. Abschließendes Erhitzen des Rückstandes bei hoher Temperatur bis zum Erreichen der Massekonstanz. Dieses Verfahren darf angewendet werden, wenn während der Verbrennung der organischen Substanz flüchtige Metallhalogenide verdampfen können. Das Verfahren gilt nicht für Silikone oder fluorhaltige Polymere. Für den letzten Verfahrensschritt, das Verglühen bis zum Erreichen der Massekonstanz, ist einer der folgenden Temperaturbereiche zu wählen: 600 ± 25 °C, 750 ± 50 °C, 850 ± 50 °C, 950 ± 50 °C. Die Dauer des Glühvorganges im Muffelofen bei der festgelegten Temperatur darf drei Stunden nicht überschreiten. Dies ist bei der Wahl des Verfahrens und der Temperatur zu beachten. Eine höhere Temperatur oder die Anwendung der Schwefelsäurebehandlung verkürzt im gemeinen die Dauer des Glühvorgangs. Die Probenmenge hängt vom Aschegehalt ab. Sie ist so zu wählen, dass 5 bis 200 mg Asche erhalten werden. Anhaltswerte sind in Abhängigkeit vom ungefähren prozentualen Aschegehalt in der Norm gegeben.

9.2.12 Bestimmung der Auslaufzeit mit Auslaufbechern DIN EN ISO 2431:05.1996 9.2.12.1 Anwendungsbereich

9

Die Norm gilt für Stoffe (Polymere), bei denen das Abreißen des aus der Düse des Auslaufbechers fließenden Flüssigkeitsfadens eindeutig festgestellt werden kann. Das Abreißen ist bei Stoffen mit Auslaufzeiten über 100 s aufgrund des langsamer werdenden Fließens schwierig festzustellen und zu reproduzieren. Ergibt eine Vorprüfung, dass nichtnewtonsches Fließverhalten anzunehmen ist, kann das Produkt nicht mit dieser Methode geprüft werden.

9.2 Prüfverfahren für die Ausgangsstoffe

279

9

Bild 9.2.4:

Bestimmung der Auslaufzeit mit dem Auslaufbecher (Prinzipskizze)

280

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.2.12.2 Messprinzip Das Produkt wird in einen Auslaufbecher eingefüllt, während der Verschluss an der Düsenunterseite ein Auslaufen verhindert. Nach Entfernen des Verschlusses von der Düse wird die Zeit ermittelt, in der das Produkt austritt. Es wird gestoppt, sobald der Flüssigkeitsfaden nahe der Auslaufdüse zum ersten Mal abreißt. Die Auslaufzeit eines Produktes wird durch die Geometrie des Bechers bestimmt. Sie soll zwischen 30 und 100 s liegen. Dementsprechend legt die Norm vier Auslaufbecher mit unterschiedlichen Düsendurchmessern von 3, 4, 5 und 6 mm fest. Die Temperatur ist während des Versuchs konstant zu halten. Die Norm gibt 23 °C oder eine andere vereinbarte Temperatur an. Es ist mindestens eine Doppelbestimmung durchzuführen. Bild 9.2.4 beschreibt die Vorgehensweise.

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe 9.3.1 Allgemeines An den angemischten Stoffen der Instandsetzungsmörtel, Korrosionsschutzmaterialien, Injektionsstoffe und Oberflächenschutzsysteme werden die in Tabelle 9.3.1 dargestellten Prüfungen durchgeführt. Die Anforderungen, die die geprüften Produkte erfüllen müssen, sind im Anhang 11.1 bzw. Abschnitt 5.8.3 (Korrosionsschutz) angegeben. Tab. 9.3.1: Prüfungen an den angemischten Stoffen mit Angabe, in welchen nachfolgenden Abschnitten die Prüfungen beschrieben sind Eigenschaft

Norm

Abschnitt

Instandsetzungsmörtel nach DIN EN 1504-3

9

Erstarrungszeit, Verarbeitbarkeitszeit (alternativ Verarbeitbarkeit nach DIN EN 13 395)

DIN EN 13 294

9.3.2

Verarbeitbarkeit – Thixotroper Mörtel

DIN EN 13 395-1

9.3.3

Verarbeitbarkeit – Fließen von Mörtel

DIN EN 13 395-2

9.3.4

Verarbeitbarkeit – Fließen von Beton

DIN EN 13 395-3

9.3.5

Verarbeitbarkeit – Überkopfanwendung von Mörtel

DIN EN 13 395-4

9.3.6

Topfzeit nur für PCs

DIN EN ISO 9514

9.3.7

Chloridionengehalt

DIN EN 1015-17

9.3.8

Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5 Bluten und Volumenänderung (für hydraulische Bindemittel)

DIN EN 445, Abschnitt 3.3, 3.4

9.3.9

Chloridgehalt (für hydraulische Bindemittel)

DIN EN 196-2

9.3.10

Viskosität (für Polymerbindemittel)

DIN EN ISO 3219

9.3.11

Topfzeit (für Polymerbindemittel)

DIN EN ISO 9514

9.3.7

281

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

Eigenschaft

Norm

Abschnitt

Bestimmung der flüchtigen und nicht flüchtigen Anteile (für Polymerbindemittel)

DIN EN ISO 3251

9.2.7

Auslaufzeit (Marsh-Trichter) (für hydraulische Bindemittel)

DIN EN 14 117

9.3.12

Erstarrungszeit (für hydraulische Bindemittel)

DIN EN 196-3

9.3.13

Eindringstabilität (für hydraulische Bindemittel)

DIN EN 14 497

9.3.14

Injektionsfähigkeit

DIN EN 1771

9.3.15

Dehnungsverhältnis und -entwicklung (für Polymerbindemittel)

DIN EN 14 406

9.3.16

Korrosionsschutz der Bewehrung nach DIN EN 1504-7 Viskosität

DIN EN ISO 3219

9.3.11

Topfzeit

DIN EN ISO 9514

9.3.7

Konsistenz

DIN EN 1015-4

9.3.17

Ablaufneigung

DIN EN 13 062

9.3.18

Oberflächenschutzsysteme für Beton nach DIN EN 1504-2 Oberflächentrocknung - Glasperlverfahren

DIN EN ISO 1517

9.3.19

Topfzeit

DIN EN ISO 9514

9.3.7

Konsistenz

DIN EN 1015-3

9.3.20

Luftgehalt

DIN EN 1015-7

9.3.21

Rohdichte

DIN EN 1015-6

9.3.22

Verarbeitbarkeit – Fließen von Mörtel

DIN EN 13 395-2

9.3.4

Verarbeitbarkeitszeit (Ansteifungszeit)

DIN EN 13 294

9.3.2

9.3.2 Bestimmung der Verarbeitbarkeitszeit DIN EN 13 294:09.2002 9.3.2.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für hydraulische Mörtel und Betone mit sowie ohne Polymerzusatzstoffe (CC, PCC), die als Instandsetzungsprodukte und –systeme nach DIN EN 1504-3 eingesetzt werden.

9.3.2.2 Messprinzip Das frisch angemischte Instandsetzungsprodukt wird in einem Behälter auf eine Wägeeinrichtung gestellt. In periodischen Abständen wird ein Eindringstab mit einer Querschnittfläche von 30 mm² bis zu einer festgelegten Tiefe in den Mörtel eingepresst. Der Eindringwiderstand wird anhand der an der Waage abgelesenen Masse berechnet (Bild 9.3.1). Durch das Ansteifen des Mörtels erhöht sich der Eindringwiderstand, und die Verarbeitbarkeitszeit lässt sich durch Aufzeichnung des Eindringwiderstandes in Abhängigkeit von der Zeit bestimmen.

9

282

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.3.1: Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Verarbeitbarkeitszeit

Die Verarbeitbarkeitszeit ist die Zeitspanne zwischen einem Eindringwiderstand von 0,5 N/mm² und 3,5 N/mm². Sie ist auf 15 min anzugeben. Bis zu 1 N/mm² wird der Eindringwiderstand stündlich, danach halbstündlich bis zu einem Widerstand von 4 N/mm² gemessen. In der Wartezeit wird der Behälter abgedeckt. Der Versuch ist im Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte) durchzuführen. Für Produkte mit einem Größtkorn der Gesteinskörnung von mehr als 5 mm wird das angemischte Produkt zuerst gesiebt. Der Versuch wird an den aufgefangenen Mörtelbestandteilen  5 mm durchgeführt.

9 9.3.3 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 1: Prüfung des Fließverhaltens von thixotropem Mörtel DIN EN 13 395-1:09.2002 9.3.3.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für kellengerechten hydraulisch gebundenen Zementmörtel (CC), polymermodifizierten Zementmörtel (PCC) und Polymermörtel (PC), der thixotropes Verhalten aufweist. Thixotropes Verhalten bedeutet vereinfacht, dass das Produkt durch Aufbringen äußerer Kräfte seine Viskosität ändert, aber nach Absetzen der Kraft wieder die Ausgangsviskosität annimmt.

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

283

9.3.3.2 Messprinzip Eine definierte Probenmenge wird mittig auf einem Ausbreittisch in eine kegelstumpfförmige Form eingebracht. Die Form wird langsam senkrecht hochgehoben und entfernt. Der Ausbreittisch wird über eine Welle 15 mal angehoben und in seine ursprüngliche Position fallen gelassen. Der Durchmesser des Mörtels auf der Platte, der sich infolge der Energie des Fallenlassens ausgebreitet hat, wird in zwei Richtungen gemessen. Das Ausbreitmaß muss im Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte) bestimmt werden. Die Probe wird nach 10 ± 5 min und 30 ± 5 min bzw. einer mit dem Hersteller vereinbarten Zeit geprüft. Es werden jeweils zwei Proben geprüft.

9.3.4 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 2: Prüfung des Fließverhaltens von Vergussmörtel, Feinmörtel oder Mörtel DIN EN 13 3952:09.2002 9.3.4.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für fließfähige Vergussmörtel, Feinmörtel oder Mörtel (CC, PCC, PC) mit einem Größtkorn von 4 mm.

9

Bild 9.3.2:

Fließrinne zur Bestimmung des Fließmaßes

9.3.4.2 Messprinzip Für die Prüfung ist eine in der Norm definierte Fließrinne mit Fülltrichter erforderlich (Bild 9.3.2). Ein Liter Mörtel wird nach 5 min, 15 min, 30 min und 60 min nach dem Mischen in den Fülltrichter eingefüllt. Der Fülltrichter ist zunächst durch eine Hubstange verschlossen. Nach

284

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

30 s wird die Hubstange mit gleichmäßiger Bewegung hochgehoben, damit der Mörtel in die Rinne fließt. Das Fließmaß des Mörtels muss nach 30 s als horizontaler Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Auslassöffnung und dem Ende der Fließstrecke gemessen werden. Fließt der Mörtel länger als 30 s, ist dies zu vermerken. Das Fließmaß muss im Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte) bestimmt werden.

9.3.5 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 3: Prüfung des Fließverhaltens von Instandsetzungsbeton DIN EN 13 395-3:09.2002 9.3.5.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt insbesondere für Instandsetzungsbetone mit hoher Fließfähigkeit. Dabei liegt das Größtkorn der Gesteinskörnung häufig bei 10 mm. Für Betonmischungen üblicher Verarbeitbarkeit sind Verarbeitbarkeitsprüfungen nach DIN EN 206-1 bzw. DIN EN 12 350 durchzuführen.

9.3.5.2 Messprinzip Bei dieser Prüfung wird unmittelbar sowie 30 min nach dem Anmischen die Zeit gemessen, die sechs Liter Beton benötigen, um 750 mm entlang einer definierten horizontalen Fließrinne zu fließen. Der Beton wird in einen Trichter, der oberhalb der Fließrinne befestigt ist, eingefüllt. Durch das Ziehen eines Zapfens fließt der Beton in die Fließrinne. Die benötigte Fließzeit für 750 mm und die längste zurückgelegte Fließstrecke werden aufgezeichnet. Die Untersuchungen müssen im Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte) erfolgen.

9.3.6 Bestimmung der Verarbeitbarkeit, Teil 4: Überkopfanwendung von Instandsetzungsmörtel DIN EN 13 395-4:09.2002 9.3.6.1 Anwendungsbereich

9

Die Norm gilt für Instandsetzungsmörtel und –betone, deren Anwendung auf über Kopf befindliche Flächen erfolgen soll.

9.3.6.2 Messprinzip Als Substrat werden Betonplatten MC (0,45) nach DIN EN 1677 (Abschnitt 9.4.2) mit den Abmessungen 300 · 300 · 100 mm benötigt, deren Oberfläche sandgestrahlt ist. Die sandgestrahlte Oberfläche wird nach unten gerichtet, und der Instandsetzungsmörtel wird über Kopf nach Herstellerangaben aufgetragen. Liegen keine weiteren Angaben vom Hersteller vor, muss die Dicke der Schicht für Mörtel mit einem Größtkorn von bis zu 5 mm 20 ± 2 mm und für Materialien mit größeren Korngrößen 40 ± 4 mm betragen. Nach dem Mörtelauftrag muss die Oberfläche zum Erzielen einer glatten Fläche mit einer Glättkelle bearbeitet werden.

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

285

Nach Aushärtung und Lagerung der Proben (28 Tage für CC und PCC, 7 Tage für PC) muss an jedem Probekörper die Abreißfestigkeit nach DIN EN 1542 (Abschnitt 9.4.4) bestimmt werden.

9.3.7 Bestimmung der Verarbeitungszeit von MehrkomponentenBeschichtungssystemen DIN EN ISO 9514:07.2005 9.3.7.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Mehrkomponenten-Beschichtungsstoffe wie z. B. Epoxidharz mit Harz und Härter. Sie kann auch für das Bindemittel von PCs angewendet werden.

9.3.7.2 Messprinzip Die Verarbeitungszeit, auch Topfzeit genannt, ist die maximale Zeitspanne, innerhalb der ein in mehreren Komponenten geliefertes Produkt nach dem Mischen verarbeitet sein sollte. Die Norm enthält Angaben zur Vorbereitung und Lagerung der Proben. Die Verarbeitungszeit wird dann durch Prüfung bestimmter Eigenschaften (die in zusätzlichen Normen geregelt sind) nach geeigneten Zeitabständen ermittelt. Alternativ kann eine ja/nein Prüfung erfolgen, indem nach einer festgelegten Zeitdauer spezifische Eigenschaften gegeben sein müssen. Die Komponenten des Beschichtungsstoffes werden getrennt konditioniert. Die Konditionierung erfolgt nach ISO 3270 oder richtet sich nach den Bedingungen in der Praxis (Herstellerangaben). Anschließend sind die Komponenten nach Herstellerangaben zu mischen. Die Menge soll praxisnah (z. B. ein Gebinde) sein. Von der Menge sind jeweils 300 ± 3 ml in definierte Behälter einzufüllen. Die Behälter sind so zu isolieren, dass adiabatische Bedingungen eingehalten werden. Nach einer produktspezifischen Zeit bzw. zu mehreren, entsprechend des Produktes festgelegten Zeiten sind spezifische Eigenschaften zu prüfen. Die zu prüfenden Eigenschaften und das Prüfverfahren sind im Anhang B der Norm festgelegt. Bei Polyurethanen und lösemittelverdünnten Epoxidharzen ist z. B. die Viskosität nach ISO 2884-1 zu prüfen.

9.3.8 Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk – Teil 17: Bestimmung des Gehalts an wasserlöslichem Chlorid von Frischmörtel DIN EN 1015-17:01.2005 9.3.8.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für hydraulisch gebundene Frischmörtel.

9

286

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.3.3:

Versuchsdurchführung zur Bestimmung des wasserlöslichen Chloridgehaltes in Frischmörtel (Prinzipskizze)

9.3.8.2 Messprinzip In Bild 9.3.3 ist die Durchführung des Versuchs zur Bestimmung des wasserlöslichen Chloridgehaltes skizziert. Der Versuch wird an zwei Proben durchgeführt. Die Formel zur Berechnung des Chloridgehaltes anhand des Volumens der bei der Titration verbrauchten Ammoniumthiocyanatlösung kann der Norm entnommen werden.

287

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

9.3.9 Einpressmörtel für Spannglieder DIN EN 445:07.1996 9.3.9.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Einpressmörtel für Spannglieder. Die Abschnitte 3.3 – Prüfung der Wasserabsonderung – und 3.4 – Prüfung der Volumenänderung – können nach DIN EN 1504-5 zur Beurteilung des Blutens und der Volumenänderung von Rissfüllstoffen mit hydraulischem Bindemittel herangezogen werden. Anzumerken ist, dass die im Entwurf vorliegende Fassung der DIN EN 445:2005 die zuvor genannten Abschnitte nicht mehr aufweist. Die Prüfung der Wasserabsonderung und der Volumenänderung wird im Entwurf im Abschnitt 4.5 behandelt. Diese Prüfung wäre zur Untersuchung der Rissfüllstoffe dahingehend abzuwandeln, dass keine Litzen in den Zylinder eingebracht werden.

9.3.9.2 Messprinzip Das zu untersuchende Produkt wird in einen durchsichtigen Messzylinder eingefüllt. Nach DIN EN 445:1996 kann für beide Prüfungen ein Zylinder mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 200 mm verwendet werden. Das Produkt ist bis zu einer Höhe h (150 mm) in den Zylinder einzufüllen. Nach drei Stunden ist die auf der Oberfläche des Produktes abgesetzte Wassermenge h1 zu messen. Dabei muss während dieser Zeit ein Verdunsten des Wassers verhindert werden. Nach 24 Stunden ist die verbleibende Höhe des Produktes h2 zu messen, um die Volumenänderung zu ermitteln. Bild 9.3.4 visualisiert den Versuch. Die Wasserabsonderung wird wie folgt angegeben: Wasserabsonderung =

h1 ⋅ 100 % h

Gleichung 9.3.1

Die Volumenänderung wird wie folgt angegeben: Volumenänderung =

(h 2− h) ⋅ 100 % h

Gleichung 9.3.2

9.3.10 Chloridgehalt nach DIN EN 196-2:05.2005 (Prüfverfahren für Zement) 9.3.10.1 Anwendungsbereich Die Norm DIN EN 196-2 legt Verfahren zur Durchführung chemischer Analysen an Zementen fest. Nach EN 1504-5 ist der Chloridgehalt der Zemente von Rissfüllstoffen nach DIN EN 196-2 zu prüfen. Das in der Norm beschriebene Prüfverfahren entspricht im Wesentlichen dem Verfahren nach DIN EN 1015-17:01.2005 (Abschnitt 6.3.8, Bestimmung des Gehaltes an wasserlöslichem Chlorid von Frischmörtel)! Ein Unterschied ist, dass in DIN EN 1015 Frischmörtel und in DIN EN 196-2 Zement untersucht wird. Dadurch ist die Probenaufbereitung etwas anders, die verwendeten Chemikalien sind jedoch identisch.

9

288

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bestimmung der Wasserabsonderung und der Volumenänderung von Rissfüllstoffen mit hydraulischen Bindemitteln (Prinzipskizze)

Bild 9.3.4:

9.3.10.2 Messprinzip Die Zementprobe wird mit Salpetersäure unter Sieden aufgeschlossen. Das gelöste Chlorid wird mit Silbernitratlösung gefällt. Nach Aufkochen wird der Niederschlag filtriert. Das Filtrat und die Waschlösung werden auf weniger als 25 °C abgekühlt. Überschüssiges Silbernitrat wird mit einer Ammoniumthiocyanatlösung gegen einen Indikator titriert.

9.3.11 Bestimmung der Viskosität DIN EN ISO 3219:10.1994

9

9.3.11.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Polymere und Harze in flüssigem, emulgiertem oder dispergiertem Zustand (einschließlich Polymerdispersionen).

9.3.11.2 Messprinzip Die Viskosität wird bei einem definierten Geschwindigkeitsgefälle mit einem Rotationsviskosimeter mit Standardgeometrie gemessen und über das Verhältnis zwischen Schubspannung und Geschwindigkeitsgefälle bestimmt (Gleichung 9.3.3).

η=

τ [Pa s] γ

mit τ

Schubspannung

Gleichung 9.3.3

γ

Geschwindigkeitsgefälle (Schergefälle)

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

289

Die Viskosität ist als Mittelwert aus drei Messungen zu bestimmen. Zusammen mit den Viskositätswerten sind die Temperatur und das Geschwindigkeitsgefälle anzugeben. Das Geschwindigkeitsgefälle muss den Festlegungen in der Prüfnorm des jeweiligen Produktes entsprechen. Es ist vorteilhaft, mit möglichst vielen unterschiedlichen Geschwindigkeitsgefällen (mindestens vier) zu messen. In der EN 1504-5, Tabelle 2a, werden hierzu keine Angaben gemacht. Dort wird lediglich angegeben, dass die Viskositätsmessungen 5 min nach Beendigung des Anmischens des Rissfüllstoffes durchzuführen sind. Ist dies aufgrund kurzer Reaktionszeiten nicht möglich, ist die Viskosität der einzelnen Komponenten zu bestimmen. Die Temperatur der Komponenten soll vor dem Mischen 21 ± 2 °C betragen.

9.3.12 Bestimmung der Ausflusszeit von zementartigen Rissfüllstoffen DIN EN 14117:12.2004 9.3.12.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Rissfüllstoffe mit hydraulischen Bindemitteln.

9.3.12.2 Messprinzip Bei der Prüfung wird die Zeit gemessen, die 1000 ml eines flüssigen zementhaltigen Rissfüllstoffes benötigen, um durch einen Durchlaufkonus zu fließen (Bild 9.3.5).

9.3.13 Prüfverfahren für Zement, Bestimmung der Erstarrungszeiten und der Raumbeständigkeit DIN EN 196-3:05.2005 9.3.13.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Normalzemente sowie für Zemente und Baustoffe, bei denen in den entsprechenden Normen auf das Verfahren verwiesen wird.

9.3.13.2 Messprinzip Zunächst ist die Normsteife von Zementleim zu bestimmen. Ein Zementleim von Normsteife weist einen bestimmten Widerstand gegen das Eindringen eines Normtauchstabes auf. Die Ermittlung der zur Erzielung der Normsteife erforderlichen Wassermenge erfolgt anhand mehrerer Eindringversuche an Zementleimen mit unterschiedlich hohem Wassergehalt. Als Erstarrungszeit gilt der Zeitraum, nach dem eine Nadel bis zu einer bestimmten Tiefe in einen Zementleim mit Normsteife eingedrungen ist. Zur Bestimmung des Erstarrungsbeginns und Erstarrungsendes wird das Vicat-Gerät mit unterschiedlichen Nadeln verwendet. Die Raumbeständigkeit wird durch Messen der Volumenänderung des Zementleims von Normsteife bestimmt. Dabei ergibt sich die Volumenänderung durch die Änderung des Abstands zwischen zwei Nadeln einer Prüfeinrichtung.

9

290

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.3.5:

Bestimmung der Ausflusszeit von Rissfüllstoffen mit hydraulischen Bindemitteln (Prinzipskizze)

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

291

9

Bild 9.3.6:

Bestimmung der Eindringstabilität von Rissfüllstoffen mit hydraulischen Bindemitteln (Prinzipskizze)

292

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.3.7:

Bestimmung der Injektionsfähigkeit durch Injektion in eine Sandsäule und Prüfung der Spaltzugfestigkeit (Prinzipskizze)

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

293

9.3.14 Bestimmung der Eindringstabilität DIN EN 14 497:12.2004 9.3.14.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für zementhaltige Rissfüllstoffe. Das Eindringvermögen eines zementhaltigen Rissfüllstoffes wird u. a. durch die Größe und Verteilung der Zementkörner beeinflusst. Somit kann die Prüfung auch zur Beurteilung des Mischvorganges und der Verarbeitungsdauer im Labor sowie auf der Baustelle eingesetzt werden.

9.3.14.2 Messprinzip Der Rissfüllstoff wird aus einem Behälter in eine Filtriervorrichtung gesaugt, anschließend wird er in ein Messgefäß gedrückt. Die durch den Filter gelangte Menge wird gemessen und als ein qualitatives Maß für die Eindringstabilität bewertet (Bild 9.3.6). Der Filter besteht aus einem Metalldrahtgeflecht mit einer Maschenweite von 32 μm, 45 μm 75 μm, 100 μm oder 125 μm. Der Versuch beginnt mit dem 125 μm-Metalldrahtgeflecht und falls die Saugvorrichtung vollständig gefüllt ist (300 ml), wird die Prüfung mit den weiteren Metallgeflechten wiederholt, bis der Siebdurchgang weniger als 20 ml beträgt. Falls ein bestimmtes Drahtgeflecht besonders geeignet ist, können die übrigen Drahtgeflechte übersprungen werden. Für jedes gewählte Metalldrahtgeflecht muss eine Doppelbestimmung erfolgen.

9.3.15 Bestimmung der Injektionsfähigkeit durch Injektion in eine Sandsäule und Prüfung der Spaltzugfestigkeit DIN EN 1771:11.2004 9.3.15.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5.

9.3.15.2 Messprinzip Der Rissfüllstoff wird unter konstantem Druck in ein transparentes Kunststoffrohr, das mit Sand gefüllt ist und sich in vertikaler Stellung befindet, injiziert. Der Sand nach EN 196-1 weist eine vorgegebene Sieblinie auf. Die Injektion erfolgt vom unteren Ende der Säule und es wird die Zeit gemessen, die der Rissfüllstoff benötigt, um 50, 100, 150, 200, 250 und 300 mm Höhe im Rohr zu erreichen. Die Prüfung erfolgt an zwei Sandsäulen, wobei eine trockenen und die andere feuchten Sand enthält. Die Injektion ist solange fortzuführen, bis die Säule gefüllt ist und sich im Messbehälter ein Überschuss von 20 ml angesammelt hat. Ist die Geschwindigkeit, mit der der Rissfüllstoff in der Säule ansteigt, geringer als 30 mm/min, kann von dieser Vorgabe abgewichen werden. Die Injektionsfähigkeit wird wie folgt klassifiziert: •

leichte Injektionsfähigkeit: die Säule ist gefüllt und 20 ml Überschuss sind angesammelt,

9

294

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

•

mittlere Injektionsfähigkeit: die Säule ist gefüllt, jedoch wurde die Überfließgeschwindigkeit von 1 ml/min nicht erreicht,

•

schwere Injektionsfähigkeit: Die Injektion wurde gestoppt bevor die Säule gefüllt war.

Abschließend wird die Spaltzugfestigkeit an sechs Proben je injizierte Sandsäule ermittelt (Bild 9.3.7).

9.3.16 Bestimmung des Ausdehnungsverhältnisses und der Ausdehnungsentwicklung DIN EN 14 406:12.2004 9.3.16.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für polymere Rissfüllstoffe, die zum dehnbaren Verfüllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen eingesetzt werden.

9.3.16.2 Messprinzip Dem gemischten Rissfüllstoff wird unter Rühren Wasser in einem Verhältnis von 5 % Gewichtsanteil zugegeben. Die darauf folgende Reaktion wird als Ausdehnung des reagierenden Rissfüllstoffes gemessen (Bild 9.3.8). Während der Reaktion des Rissfüllstoffes werden folgende Werte gemessen:

9

•

Anfangshöhe Hi des Rissfüllstoffes und Zeit zwischen Ende des Mischvorganges und Beginn der Ausdehnung;

•

Maximalhöhe Hm des ausgedehnten Rissfüllstoffes und die Zeit bis zum Erreichen;

•

Mindestens fünf Zwischenhöhen Ht, die in gleichmäßigen Abständen über die Dauer der Ausdehnung zu messen sind;

•

Endhöhe Hf, d. h. der Wert der Höhe, der eine Stunde nach Erreichen der maximalen Höhe gemessen wird.

Zusätzlich ist das Verhalten der Proben zu beobachten. Es müssen mindestens drei Prüfungen durchgeführt werden. Darauf basierend werden das Endausdehnungsverhältnis Ef und die Ausdehnungsrate Et berechnet (Gleichung 9.3.4).

9.3.17 Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk. Teil 4: Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel DIN EN 1015-4:12.1998 9.3.17.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für frisch angemischte Mörtel, einschließlich Mörtel aus mineralischen Bindemitteln, dichten Gesteinskörnungen sowie Leichtzuschlägen. Somit ist die Norm für Mörtel zum Korrosionschutz der Bewehrung anwendbar.

295

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

Bild 9.3.8:

Bestimmung der Ausdehnung polymerer Rissfüllstoffe (Prinzipskizze)

9 Ef =

Hf Hi

, Et =

Ht [mm] Hi

Gleichung 9.3.4

9.3.17.2 Messprinzip Das Eindringmaß, als Wert für die Konsistenz, einer Frischmörtelprobe wird durch die vertikale Eindringtiefe eines definierten Eindringstabes ermittelt. Der Eindringstab hat einen Fallkörper, der im freien Fall aus einer vorgegebenen Höhe in die Frischmörtelprobe fallengelassen wird. Es sind zwei Proben zu prüfen.

296

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.3.9:

Bestimmung der Ablaufneigung von Stoffen zum Schutz der Bewehrung (Prinzipskizze)

9.3 Prüfverfahren für angemischte Stoffe

297

9.3.18 Bestimmung der Ablaufneigung von Produkten für den Schutz der Bewehrung DIN EN 13 062:09.2003 9.3.18.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Stoffe und Systeme für den Schutz der Bewehrung.

9.3.18.2 Messprinzip Entsprechend der Darstellung in Bild 9.3.9 werden zwei Stahlplatten mit dem Produkt nach Herstellerangaben beschichtet. Unmittelbar danach ist eine der Stahlplatten in vertikaler Lage und die andere Stahlplatte in horizontaler Lage aufzubewahren. Die Schichtdicke wird nach 24 Stunden nach DIN EN ISO 2808 an jeweils 10 Stellen gemessen. Die Ablaufneigung ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der Schichtdicke an der Oberkante der vertikal stehenden Stahlplatte und der mittleren Schichtdicke der horizontal gelagerten Platte.

9.3.19 Prüfung auf Oberflächentrocknung – Glasperlen-Verfahren DIN EN ISO 1517:06.1995 9.3.19.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungen aus Lacken oder Anstrichstoffen, die an der Luft oder durch chemische Reaktion ihrer Bestandteile trocknen. Das beschriebene Verfahren ist nicht für wärmehärtende Produkte geeignet.

9.3.19.2 Messprinzip Entsprechend Bild 9.3.10 wird eine Probenplatte aus Glas, Stahl, Weißblech oder Aluminium mit einer Oberflächenvorbereitung nach ISO 1514 mit dem zu untersuchenden Produkt beschichtet. Die Beschichtung und Trocknung erfolgt nach Herstellerangaben. Anschließend werden Glasperlen auf die Beschichtung gestreut. Nach dem Abpinseln der Beschichtung erfolgt die visuelle Begutachtung des Produktes. Die Beschichtung ist „oberflächentrocken“, wenn alle Glasperlen ohne Beschädigung der Oberfläche abgepinselt werden können. Der Versuch kann entweder nach einer vorgegebenen Zeitdauer mit einer ja/nein-Aussage erfolgen, oder die Oberflächentrocknungszeit wird ermittelt, indem der Versuch in geeigneten Zeitabständen wiederholt wird.

9.3.20 Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel (mit Ausbreittisch) DIN EN 1015-3:05.2007 9.3.20.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für frisch angemischten Mörtel.

9

298

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.3.10:

Bestimmung der Oberflächentrocknung von Stoffen zum Schutz der Bewehrung (Prinzipskizze)

9.3.20.2 Messprinzip

9

Das Ausbreitmaß wird durch den mittleren Durchmesser einer Probe, die mit Hilfe einer definierten Form auf einen Ausbreittisch mit einer Scheibe gesetzt und einer vorgegebenen Anzahl vertikaler Stöße ausgesetzt wird, bestimmt. Die Durchführung des Versuchs entspricht der in der Norm DIN EN 13 395-1 (Abschnitt 9.3.3) dargestellten Durchführung. Lediglich die Zeit bis der Setztrichter, in dem der Mörtel eingefüllt ist, angehoben wird, variiert zwischen 15 s (DIN EN 1015-3) und 30 s (DIN EN 13 395-1).

9.3.21 Bestimmung des Luftgehaltes von Frischmörtel DIN EN 1015-7:12.1998 9.3.21.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für frisch angemischten Mörtel. Es werden zwei Verfahren angegeben. Das „Druck-Verfahren“ ist bei einem Luftgehalt unterhalb von 20 % und das „Alkohol-Verfahren“ bei einem Luftgehalt von mehr als 20 % anzuwenden.

299

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

9.3.21.2 Messprinzip Frischmörtel wird in ein festgelegtes Messgefäß eingebracht. Auf die Mörteloberfläche wird Wasser gegeben. Durch einen aufgebrachten Luftdruck oder durch Verwendung eines Alkohol-Wasser-Gemisches wird Wasser in den Mörtel gepresst. Dort verdrängt das Wasser die in den Poren enthaltene Luft. Der Wasserstand sinkt und ist somit ein Maß für das Luftvolumen, das aus dem Mörtel verdrängt wurde.

9.3.22 Bestimmung der Rohdichte von Frischmörtel DIN EN 1015-6:05.2007 9.3.22.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für frisch angemischten Mörtel.

9.3.22.2 Messprinzip Die Rohdichte eines Frischmörtels wird durch den Quotienten aus seiner Masse und dem Volumen bestimmt. Hierzu wird der Mörtel in ein Messgefäß mit bekanntem Volumen und bekannter Masse eingefüllt. Die Art der Verdichtung des Mörtels in dem Messgefäß hängt von seiner Konsistenz (ermittelt durch das Ausbreitmaß, Abschnitt 9.3.20) ab (Tabelle 9.3.2). Tab. 9.3.2: Verdichtung des Mörtels im Messgefäß Konsistenz bei der Anwendung

Ausbreitmaß

-

mm

-

Steifer Mörtel

< 140

Vibrationstisch (Frequenz 50 Hz, Amplitude 0,375 mm) bis kein Setzen mehr zu beobachten ist.

Plastischer Mörtel

140 –

Vibrationstisch oder Mörtel in zwei Lagen einfüllen und jeweils abwechselnd an beiden Seiten 10 mal aus 3 cm auf eine Unterlage fallen lassen

200 Weicher Mörtel

> 200

Verdichtung im Messgefäß

Mörtel ohne Verdichtung einfüllen

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe 9.4.1 Allgemeines An den ausgehärteten Stoffen der Instandsetzungsmörtel, Korrosionsschutzmaterialien, Injektionsstoffe und Oberflächenschutzsysteme werden die in Tabelle 9.4.1 dargestellten Prüfungen durchgeführt. Die Anforderungen, die die geprüften Produkte erfüllen müssen, sind im Anhang 11.1 bzw. Abschnitt 5.8.3 (Korrosionsschutz) angegeben.

9

300

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Tab. 9.4.1: Prüfungen an den ausgehärteten Stoffen, mit Angabe in welchen nachfolgenden Abschnitten die Prüfungen beschrieben sind Norm

Abschnitt

Dichte, Druckfestigkeit

DIN EN 12 190

9.4.3

Haftvermögen

DIN EN 1542

9.4.4

Behindertes Schwinden/Quellen

DIN EN 12 617-4

9.4.5

Eigenschaft Instandsetzungsmörtel nach DIN EN 1504-3

Karbonatisierungswiderstand

DIN EN 13 295

9.4.6

Elastizitätsmodul

DIN EN 13 412

9.4.7

Temperaturwechselverträglichkeit

DIN EN 13 687-1, 2, 4

9.4.8 – 9.4.10

Griffigkeit

DIN EN 13 036-4

9.4.11

Wärmeausdehnungskoeffizient

DIN EN 1770

9.4.12

Kapillare Wasseraufnahme

DIN EN 13 057

9.4.13

Eindringen von Chloridionen (bei Sonderanwendungen)

DIN EN 13 396

9.4.14

Kriechen unter Druckbeanspruchung (bei Sonderanwendungen)

DIN EN 13 584

9.4.15

Widerstand gegen Chemikalien (bei Sonderanwendungen)

DIN EN 13 529

9.4.16

Zugfestigkeit, Dehnung, E-Modul (für Polymerbindemittel)

DIN EN ISO 527-1, DIN EN ISO 527-2

9.4.17

Dichte, Druckfestigkeit (für hydraulische Bindemittel)

DIN EN 12 190

9.4.3

Haftzugfestigkeit

DIN EN 12 618-2

9.4.18

Schrägscherfestigkeit

DIN EN 12 618-3

9.4.19

Haftung und Dehnung dehnbarer Rissfüllstoffe (für Polymerbindemittel)

DIN EN 12 618-1

9.4.20

Volumetrische Schrumpfung (für Polymerbindemittel)

DIN EN 12 617-2

9.4.21

Glasübergangstemperatur (für Polymerbindemittel)

DIN EN 12 614

9.4.22

Zugfestigkeitsentwicklung bei Polymeren

DIN EN 1543

9.4.23

Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5

9

Wasserdichtheit (für Polymerbindemittel)

DIN EN 14 068

9.4.24

Verträglichkeit mit Beton (für Polymerbindemittel)

DIN EN 12 637-1

9.4.25

Auswirkung auf polymere Einlagen

DIN EN 12 637-3

9.4.26

Volumen- und Masseänderung durch unterschiedliche Lagerungen

DIN EN 14 498

9.4.27

Gefrierpunkt (Differential Scanning Calorimetry)

ISO 11 357-3

(Nicht beschrieben)

301

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Eigenschaft

Norm

Abschnitt

Temperaturwechselverträglichkeit – Temperaturwechsel ohne Tausalz (Nass-Trocken)

DIN EN 13 687-3

9.4.28

Temperaturwechselverträglichkeit – Trockene Temperaturwechsel

DIN EN 13 687-5

9.4.29

Korrosionsschutz der Bewehrung nach DIN EN 1504-7 Eindruckhärte (Shore-Härte D nach 7 Tagen)

DIN EN ISO 868

9.4.30

Korrosionsschutz

DIN EN 15 183

9.4.31

Glasübergangstemperatur

DIN EN 12 614

9.4.22

Scherwiderstand (beschichteter Stahl im Beton)

DIN EN 15 184

9.4.32

Oberflächenschutzsysteme für Beton nach DIN EN 1504-2 Entwicklung der Shore-Härte A bzw. D nach 1, 3, 7 d

DIN EN ISO 868

9.4.30

Dichte, Druckfestigkeit

DIN EN 12 190

9.4.3

Lineares Schrumpfen

DIN EN 12 617-1

9.4.33

Wärmeausdehnungskoeffizient

DIN EN 1770

9.4.12

Abriebfestigkeit

DIN EN ISO 5470-1

9.4.34

Gitterschnittprüfung zur Beurteilung der Haftfestigkeit

EN ISO 2409

9.4.35

CO2-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-6

9.4.36

Wasserdampf-Durchlässigkeit

DIN EN ISO 7783-1,2

9.4.37

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-3

9.4.38

Haftzugfestigkeit nach Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff

DIN EN 13 687-1

9.4.8

Haftzugfestigkeit nach Gewitterregenbeanspruchung

DIN EN 13 687-2

9.4.9

Haftzugfestigkeit nach Temperaturwechsel ohne Tausalz (Nass-Trocken)

DIN EN 13 687-3

9.4.28

Konditionierung der Proben vor der Prüfung

DIN EN 1062-11

9.4.39

Widerstand gegen Temperaturschock

DIN EN 13 687-5

9.4.29

Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien

DIN EN ISO 2812-1

9.4.40

Widerstandsfähigkeit gegen starken chem. Angriff

DIN EN 13 529

9.4.16

Rissüberbrückungsfähigkeit

DIN EN 1062-7

9.4.41

Schlagfestigkeit

DIN EN ISO 6272-1

9.4.42

Abreißversuch zur Beurteilung der Haftzugfestigkeit

DIN EN 1542

9.4.4

Brandverhalten

DIN EN 13 501-1

9.4.43

Widerstandsfähigkeit von hydrophobiertem Beton gegen Frost-Tausalz-Wechselbeanspruchung

DIN EN 13 581

9.4.44

Griffigkeit/Rutschfestigkeit

DIN EN 13 036-4

9.4.11

9

302

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Eigenschaft

Norm

Abschnitt

Trocknungsgeschwindigkeit hydrophobierender Imprägnierungen

DIN EN 13 579

9.4.45

Eindringtiefe von Hydrophobierungen

EN 1504-2

9.4.46

Künstliche Bewitterung (4.2: UV-Strahlung und Feuchte) mit anschließender visueller Beurteilung

DIN EN 1062-11

9.4.39

Antistatisches Verhalten

DIN EN 1081

9.4.47

Haftfestigkeit auf nassem Beton

DIN EN 13 578

9.4.48

Wasseraufnahme- und Alkalienbeständigkeitsprüfung von Hydrophobierungen

DIN EN 13 580

9.4.49

Beurteilung von Beschichtungsschäden

DIN EN ISO 4628

9.4.50

Bestimmung von Schichtdicken

DIN EN ISO 2808

9.4.51

9.4.2 Referenzbetone für Prüfungen nach DIN EN 1766:03.2000 9.4.2.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für die Herstellung von Referenz-Betonkörpern, die bei Prüfverfahren zur Messung der Leistung von Produkten und Systemen für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken verwendet werden. Sie gilt für Normalbeton mit einem Größtkorn der Gesteinskörnung von 16 oder 20 mm und für Feinbeton mit einem Größtkorn der Gesteinskörnung von 8 oder 10 mm.

9.4.2.2 Referenzbetone

9

Die Norm legt fünf Arten von Referenzbetonen fest, die durch das Größtkorn der Gesteinskörnung und die Mischungsverhältnisse definiert sind. Tabelle 9.4.2 beinhaltet die Anforderungen an Zusammensetzung und Druck- sowie Oberflächenzugfestigkeit dieser Betone. Die Betonkörper werden 24 h in der Schalung bei 20 ± 2 °C unter einer Polyethylenfolie oder bei einer relativen Feuchte von mindestens 95 % gelagert. Nach dem Ausschalen erfolgt eine 27-tägige Lagerung unter Wasser bei 20 ± 2 °C. Im Anschluss erfolgen entweder die Prüfungen, oder die Proben werden im Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte) gelagert. Ist für weitere Prüfungen eine trockene Betonplatte gefordert, verbleibt die Platte mindestens sieben Tage im Normallaborklima. Zur Bereitstellung einer nassen Betonplatte erfolgt eine 48stündige Wasserlagerung bei 20 ± 2 °C zzgl. einer 30minütigen Abtrocknung in aufrechter Position vor Aufbringung des Instandsetzungsproduktes.

303

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Tab. 9.4.2: Anforderungen an die Zusammensetzung, Druck- und Oberflächenzugfestigkeit der Referenzbetone nach DIN EN 1766 Betontyp

C (0,40)

C (0,45)

C (0,70)

MC (0,40)

MC (0,45)

Größtkorn der Gesteinskörnung in mm

20

20

20

10

10

Wasserzementwert

0,40

Zementgehalt in kg/m³ Mittlere 28-TageDruckfestigkeitb in N/mm²

16

410

425

16 0,45

360

b c

d

e

0,70a 260

275

Würfel

60 ± 5

50 ± 5

30 ± 5

Zylinder

50 ± 5

40 ± 5

25 ± 5

Kleinste Oberflächenzugfestigkeite in N/mm² a

375

16

8 0,40

455

8 0,45

470

395

410

c

d

3,0

2,5

Für Betontyp C (0,70) darf der Wasserzementwert um ± 0,05 abweichen, um die erforderliche Festigkeit zu erreichen. Die Druckfestigkeit wird nach EN 12 390 bestimmt. Die Anforderungen sind üblicherweise erfüllt, wenn die Druckfestigkeit des Betons der Klasse C 60 für Würfel und C 50 für Zylinder (C 50/60) nach EN 206 entspricht. Die Anforderungen sind üblicherweise erfüllt, wenn die Druckfestigkeit des Betons der Klasse C 50 für Würfel und C 40 für Zylinder (C 50/40) nach EN 206 entspricht. Die Oberflächenzugfestigkeit wird nach EN 1542 bestimmt.

Die Unterseite der Betonkörper wird nach 28 Tagen gestrahlt (üblich: Sandstrahlverfahren). Im Anschluss ist die Rauhtiefe zu messen, indem Sand in einen Zylinder gefüllt und auf der Betonoberfläche geleert wird. Der Sand wird mittels einer Scheibe in Kreisform so verteilt, dass alle Vertiefungen gefüllt sind. Ist kein weiterer Sand vorhanden, wird der Durchmesser des Sandfeldes an drei Stellen gemessen (Bild 9.4.1). Die Rautiefe wird dann anhand folgender Gleichung berechnet: Rautiefe =

V d

2

⋅ 1272 [mm]

mit d mittlerer Durchmesser des Sandfeldes in mm V Volumen des genutzten Sandes in ml

Gleichung 9.4.1

9

304

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.1:

Ermittlung der Rautiefe auf einer Referenz-Betonplatte (Prinzipskizze)

9.4.3 Bestimmung der Druckfestigkeit von Reparaturmörteln DIN EN 12 190:12.1998 9.4.3.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für alle Arten von Mörtel und Beton für die Instandsetzung mit einem Größtkorn bis zu 8 mm. Liegt das Größtkorn oberhalb von 8 mm, gelten die Prüfverfahren nach DIN EN 206.

9

9.4.3.2 Messprinzip Zur Durchführung der Prüfung sind entweder drei prismenförmige Probekörper mit einem Querschnitt von 40 · 40 mm² und einer Länge von 160 mm oder sechs Würfel mit den Abmessungen 40 · 40 · 40 mm³ erforderlich. Die Lagerung der hergestellten Probekörper richtet sich nach der Mörtelart: •

CC sind 24 h abgedeckt in der Schalung zu belassen und danach 27 d unter Wasser bei 21 ± 2 °C zu lagern,

•

PCC sind 24 h abgedeckt in der Schalung zu belassen, nach dem Ausschalen 48 h in Folie und dann 25 d Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte) zu lagern,

•

PC ist 7 d im Normallaborklima zu lagern.

Nach der Lagerung wird die Rohdichte durch Wiegen ermittelt:

305

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

ρ=

w [kg/m³] v

Gleichung 9.4.2

mit w Masse des Prismas oder Würfels in kg v Volumen des Prismas oder Würfel in m³ Zur Bestimmung der Druckfestigkeit sind die Prismen durch Schneiden oder Brechen in gleiche Hälften zu teilen. Die Druckfestigkeit der sechs würfel- oder prismenförmigen Probekörper ist durch die Ermittlung der Bruchkraft nach EN 196-1 zu bestimmen.

9.4.4 Messung der Haftzugfestigkeit im Abreißversuch DIN EN 1542:07.1999 9.4.4.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Vergussmörtel, Reparaturmörtel, Betone und Oberflächenschutzsysteme. Die maximale Schichtdicke der Produkte und Systeme ist auf 50 mm begrenzt.

9.4.4.2 Messprinzip Das Prüfverfahren ist in Bild 9.4.2 schematisch skizziert. Das Instandsetzungsprodukt oder Instandsetzungssystem ist auf einen vertikal stehenden Referenzbeton nach DIN EN 1766 aufzubringen. Nach einer definierten Lagerung (Mörtel siehe Abschnitt 9.4.3, Oberflächenschutzsystem siehe EN 1504-2) werden fünf Ringnuten gebohrt, Stempel aufgeklebt und der Abreißversuch wird durchgeführt. Nach Abschluss des Abreißversuchs wird die Haftzugfestigkeit berechnet und die Versagensart bestimmt. Es gibt folgende Versagensarten: A Kohäsionsversagen des Betonsubstrats A/B Adhäsionsversagen zwischen Substrat und der ersten Schicht (z. B. Grundierung, Haftschlämme oder Mörtel) B Kohäsionsversagen in der ersten Schicht B/C Adhäsionsversagen zwischen der ersten und zweiten Schicht C Kohäsionsversagen in der zweiten Schicht usw. -/Y Adhäsionsversagen zwischen der obersten Schicht und der Klebschicht Y Kohäsionsversagen in der Klebschicht Y/Z Adhäsionsversagen zwischen der Klebschicht und dem Stempel Bei einer Kombination der Versagensarten ist die Versagensfläche zu erfassen, um den prozentualen Anteil der Oberfläche je Versagensart zu bestimmen, z. B. A : B = 30 % : 70 %.

9

306

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.2:

Ermittlung der Haftzugfestigkeit auf einer Referenz-Betonplatte

9 9.4.5 Bestimmung des Schwindens und Quellens DIN EN 12 617-4:08.2002 9.4.5.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für hydraulisch gebundene Mörtel oder Betone CC und PCC. Das Größtkorn der Gesteinskörnung ist auf 10 mm begrenzt.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

307

9.4.5.2 Messprinzip Die Bestimmung des Schwindens oder Quellens erfolgt nach zwei verschiedenen Prüfverfahren. Das erste Verfahren bestimmt die unbehinderte, freie Längenänderung von prismenförmigen Mörtelproben, die sich innerhalb eines Zeitraums von 24 h bis 56 Tagen infolge der Lagerung ergibt (Bild 9.4.3).

9

Bild 9.4.3:

Ermittlung des unbehinderten Quellens oder Schwindens von Mörtelproben (Prinzipskizze)

308

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Das zweite Verfahren bestimmt den Adhäsionsverlust und die Rissneigung nach Auftragen auf einen Referenzbeton (MC(0,45)) und einer 56-tägigen Lagerung in Wasser bzw. Normallaborklima.

9

Bild 9.4.4:

Ermittlung des behinderten Quellens oder Schwindens von Mörtel auf Betonsubstrat (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

309

9.4.6 Bestimmung des Karbonatisierungswiderstandes DIN EN 13 295:08.2004 9.4.6.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für hydraulisch gebundene Einpressmörtel, Mörtel oder Betone CC und PCC ohne Schutzanstrich.

9.4.6.2 Messprinzip Zur Ermittlung des Karbonatisierungswiderstands eines Produkts oder Systems für die Instandsetzung werden Proben einer Umgebung mit einem Gehalt an CO2 von 1 %, einer Temperatur von 21 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchte von 60 ± 10 % ausgesetzt. Pro Produkt erfolgt eine Doppelbestimmung zzgl. zwei Proben aus Referenzbeton (MC (0,45)). Die Karbonatisierungstiefe wird durch Aufbringen einer Phenolphthalein-Indikatorlösung auf ein frisch gebrochenes Stück des Probekörpers nach DIN EN 14 630 gemessen (Bild 9.4.5). Die zeitliche Entwicklung der Karbonatisierungstiefe kann an demselben Probekörper untersucht werden, indem zu unterschiedlichen Zeitpunkten eine Scheibe des prismenförmigen Probekörpers abgespalten wird. Die Ermittlung der mittleren Karbonatisierungstiefe dk einer Probe erfolgt durch die Mittelwertbildung aus 20 bzw. 12 Messstellen pro Probe. Die Anzahl der Messstellen hängt von der Karbonatisierungstiefe ab. Die Norm DIN EN 13 295 beschreibt das Vorgehen bei der Auswertung der Bruchflächen, auch bei ungleichmäßiger Karbonatisierung, detailliert.

9.4.7 Bestimmung des Elastizitätsmoduls im Druckversuch DIN EN 13 412:11.2006 9.4.7.1 Anwendungsbereich Die Norm beinhaltet ein Verfahren für Instandsetzungsprodukte und -systeme mit ausgeprägten Kriecheigenschaften (üblicherweise PC) sowie ein Verfahren für Mörtel und Beton ohne bzw. mit Polymerzusätzen (CC, PCC), die im Vergleich zu PC weniger ausgeprägt kriechen.

9.4.7.2 Messprinzip Eine axiale Drucklast wird mit konstanter Geschwindigkeit auf ein Prisma aufgebracht, und aus der Längsstauchung bezogen auf die Druckspannung erfolgt die Ermittlung des Sekantenmoduls. Bei PC-Proben (Verfahren 1) wird die Last, im Vergleich zu CC-, PCC-Proben (Verfahren 2), mit großer Geschwindigkeit aufgebracht, um die Auswirkungen des Kriechens auszugleichen. Beide Verfahren sind in den Bildern 9.4.6 und 9.4.7 skizziert.

9

310

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.5: Ermittlung der Karbonatisierungstiefe von Mörtel- bzw. Betonproben (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

311

9 Bild 9.4.6:

Ermittlung des Sekantenmoduls von PC-Proben (Prinzipskizze)

312

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.7:

Ermittlung des Sekantenmoduls von CC- oder PCC-Proben (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

313

9.4.8 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 1: Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff DIN EN 13 687-1:05.2002 9.4.8.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Instandsetzungsprodukte und -systeme, die auf CC-, PCC- und PCBindemitteln beruhen sowie für Oberflächenschutzsysteme.

9.4.8.2 Messprinzip Auf einen Referenzbeton-Prüfkörper nach DIN EN 1766 (DIN EN 1504-3: MC(0,45) bzw. DIN EN 1504-2: Imprägnierung C(0,70), Beschichtung C(0,40)) wird das für die Instandsetzung bestimmte Produkte oder System aufgebracht. Nach dem Aushärten wird der Prüfkörper durch schockartigen Frost-Tau-Wechsel beansprucht und gleichzeitig dem Angriff durch eine gesättigte Tausalzlösung ausgesetzt. Während und im Anschluss an den Temperaturwechselversuch werden sichtbare Schäden aufgezeichnet. Abschließend erfolgt die Bestimmung der Haftung zwischen dem Instandsetzungsprodukt oder -system und dem Betonuntergrund durch einen Abreißversuch (Bild 9.4.8). Die Anzahl der Prüfzyklen ist in der DIN EN 1504-2 und DIN EN 1504-3 festgelegt. Für Instandsetzungsmörtel nach DIN EN 1504-3 sind es 50 Prüfzyklen, für Beschichtungen nach DIN EN 1504-2 ebenso, während bei Imprägnierungen 20 Zyklen gefahren werden. In der DIN EN 1504-2 wird dieser Zyklus nach einer Gewitterregenbeanspruchung nach DIN EN 13 687-2 durchgeführt.

9.4.9 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 2: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) DIN EN 13 687-2:05.2002 9.4.9.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Instandsetzungsprodukte und -systeme, die auf CC-, PCC- und PCBindemitteln beruhen sowie für Oberflächenschutzsysteme.

9.4.9.2 Messprinzip Auf einen Referenzbeton-Prüfkörper nach DIN EN 1766 (DIN EN 1504-3: MC(0,45) bzw. DIN EN 1504-2: Imprägnierung C(0,70), Beschichtung C(0,40)) wird das für die Instandsetzung bestimmte Produkt oder System aufgebracht. Nach dem Aushärten wird der Prüfkörper durch Temperaturschock zwischen 60 °C und 12 °C in Form von Gewitterregen beansprucht. Während und im Anschluss der Bewitterungszyklen werden sichtbare Schäden aufgezeichnet. Abschließend erfolgt die Bestimmung der Haftung zwischen dem Instandsetzungsprodukt oder -system und dem Betonuntergrund durch einen Abreißversuch (Bild 9.4.9). Die Anzahl der Prüfzyklen ist in der DIN EN 1504-2 und DIN EN 1504-3 festgelegt. Für Instandsetzungsmörtel nach DIN EN 1504-3 sind es 50 Prüfzyklen, für Beschichtungen und Imprägnierungen nach DIN EN 1504-2 sind es 10 Zyklen.

9

314

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.8:

Temperaturwechsel-Tausalz-Prüfung an Instandsetzungsprodukten und Instandsetzungssystemen (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

315

9

Bild 9.4.9:

Temperaturschock durch Gewitterregenbeanspruchung an Instandsetzungsprodukten und -systemen (Prinzipskizze)

316

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.10 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 4: Trockene Temperaturwechselbeanspruchung DIN EN 13 687-4:05.2002 9.4.10.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Instandsetzungsprodukte und -systeme, die auf CC-, PCC- und PCBindemitteln beruhen sowie für Oberflächenschutzsysteme.

9.4.10.2 Messprinzip Auf einen Referenzbeton (MC(0,45)) nach DIN EN 1766 wird das für die Instandsetzung bestimmte Produkt oder System aufgebracht. Nach dem Aushärten wird der Prüfkörper in Luft durch Frost-Tau-Wechsel zwischen Temperaturen von 55 °C und -25 °C beansprucht. Während und im Anschluss an den Temperaturwechselversuch werden sichtbare Schäden aufgezeichnet. Abschließend erfolgt die Bestimmung der Haftung zwischen dem Instandsetzungsprodukt oder -system und dem Betonuntergrund durch einen Abreißversuch (Bild 9.4.10). Für Instandsetzungsmörtel nach DIN EN 1504-3 sind 50 Prüfzyklen erforderlich.

9.4.11 Oberflächeneigenschaften von Straßen und Flugplätzen. Teil 4: Messung der Griffigkeit von Oberflächen: Der Pendeltest DIN EN 13 036-4:12.2003 9.4.11.1 Anwendungsbereich Mit dem in der Norm beschriebenen Verfahren wird die Griffigkeit eines kleinen Teils einer Oberfläche (etwa 0,01 m²) bestimmt. Die Prüfung ist für inhomogene Oberflächen, z. B. mit Rillen, Graten oder großer Rauheit (über 1,2 mm nach DIN EN 13 036-1), ungeeignet.

9.4.11.2 Messprinzip

9

Am Ende eines Pendels ist ein federbelasteter Gleitkörper aus einem genormten Gummi angebracht (siehe Bild 9.4.11). Das Pendel und der am Pendelprüfgerät befestigte Zeiger sind mit dem Auslöseknopf aus der horizontalen Position zu lösen. Damit schwingt der Gleitkörper über die Prüffläche und der Zeiger rastet bei der maximalen Steighöhe des Pendels ein. Das Pendel ist kurz nach Beginn des Rückschwingens festzuhalten, und die Anzeige des Zeigers ist aufzuzeichnen. Danach sind Pendel und Zeiger durch Anheben des Gleitkörpers in die Ausgangsposition zurückzuführen. Dieser Vorgang ist fünfmal durchzuführen, wobei die Prüffläche jedes Mal kurz vor Loslassen des Pendels reichlich zu bewässern ist. Der Pendelwert ist als Mittelwert aus den fünf Schwingungen zu berechnen und als ganze Zahl anzugeben. Weicht die Temperatur während der Prüfung von 20 °C ab, so ist der Pendelwert ggf., in Abhängigkeit vom Gummi, entsprechend der Normangaben zu korrigieren.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

317

9

Bild 9.4.10:

Trockene Temperaturwechselbeanspruchung an Instandsetzungsprodukten und Instandsetzungssystemen (Prinzipskizze)

318

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.11:

Darstellung des Pendelprüfgerätes

9.4.12 Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten DIN EN 1770:04.1998 9.4.12.1 Anwendungsbereich

9

Die Norm beinhaltet zwei Verfahren, die beide für gehärtete Konstruktionsklebstoffe sowie Reaktionsharze mit Füllstoffen bis zu 4 mm gelten. Das erste Verfahren gilt auch für Oberflächenschutzsysteme. Das zweite Verfahren arbeitet mit Prismen von 40 · 40 · 160 mm³ und darf auch für Mörtel für die Instandsetzung angewendet werden.

9.4.12.2 Messprinzip Verfahren 1: Wärmemechanische Analyse Die Prüfkörper mit zylindrischer oder rechteckiger Form müssen eine Länge zwischen 25 und 50 mm aufweisen. Die Dicke bzw. der Durchmesser darf nicht mehr als 10 mm betragen. Abweichungen von den Probenabmessungen sind anzugeben. Die Probenenden müssen glatt und parallel sein. Vor der Versuchsdurchführung erfolgt eine 7-tägige Konditionierung im Normallaborklima (21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte). Vor der Versuchsdurchführung ist die Anfangslänge des Prüfkörpers in Richtung der Ausdehnungsprüfung auf ± 25 μm zu messen. Ein Temperaturfühler wird an der Probe angebracht, und der Prüfkörper ist in den Probenhalter unter den Messfühler zu stellen. Der Probenhalter mit der Probe ist in den Ofen zu stellen. Der Prüfkörper ist bei einer konstanten Heizgeschwindigkeit von 2 ± 1 °C/min über den gewünschten Temperaturbereich zu heizen. Werden Messungen unterhalb der Raumtem-

319

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

peratur durchgeführt, ist der Prüfkörper auf mindestens 20 °C unterhalb der Starttemperatur abzukühlen. Die Längen- und Temperaturänderung wird kontinuierlich erfasst. Aus ihnen kann mit Hilfe einer zuvor durchgeführten Kalibrierung der mittlere Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung über den Temperaturbereich berechnet werden. Es ist der Mittelwert aus drei geprüften Proben zu bilden.

9.4.12.3 Messprinzip Verfahren 2: Alternativverfahren Mit den zu prüfenden Mörteln (PC, PCC oder CC) werden Prismen von 40 · 40 · 160 mm³ hergestellt. Nach dem Aushärten sowie der Nachbehandlung werden die Proben nacheinander auf Temperaturen von 23 °C, 0 °C, –20 °C, 40 °C und 60 °C eingestellt. Hat die Probe eine Prüfkörpertemperatur erreicht, erfolgt unmittelbar die Messung der Längenänderung außerhalb des Ofens, z. B. mit einer Messuhr über zwei Stifte, die jeweils am Ende der Längsachse des Prüfköpers befestigt sind. Es sind mindestens drei Prüfkörper zu prüfen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient α-20/40 kann anhand der gemessenen Längenänderungen wie folgt berechnet werden:

α= mit ΔLsp L ΔT

Δ Lsp L ΔT

[μm/m °C]

Gleichung 9.4.3

Längenänderung des Prüfkörpers über die angegebene Temperaturspanne in μm Prüfkörperlänge bei Raumtemperatur in m Temperaturdifferenz, über die die Längenänderung des Prüfkörpers gemessen wird, in °C

9.4.13 Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme DIN EN 13 057:09.2002 9.4.13.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Instandsetzungsprodukte und -systeme nach EN 1504-3 (PCC oder CC aus Feinmörtel, Mörtel oder Beton).

9.4.13.2 Messprinzip Die Ermittlung der kapillaren Wasseraufnahme erfolgt an zylindrischen Proben, die 2 mm tief im Wasser stehen und in bestimmten Zeitabständen an zuvor aufgebrachten Axiallinien gewogen werden (Bild 9.4.12). Das Ergebnis wird grafisch aufgetragen, um den Sorptionskoeffizienten zu ermitteln.

9

320

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.12:

Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme von Instandsetzungsmörteln (Prinzipskizze) Sorptionskoeffizient

9.4.14 Messung des Eindringens von Chloridionen DIN EN 13 396:09.2004

9

9.4.14.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Instandsetzungsprodukte und -systeme nach DIN EN 1504-3 (PCC oder CC aus Feinmörtel, Mörtel oder Beton). Das Größtkorn der Gesteinskörnung ist auf 20 mm begrenzt. Des Weiteren gelten die Festlegungen der Norm für Einpressmörtel.

9.4.14.2 Messprinzip Das Eindringen von Chloridionen in zementgebundene Instandsetzungsprodukte wird an zylindrischen Proben gemessen. Die Proben werden nach einer 28-tägigen Nachbehandlungsdauer unter Vakuum wassergesättigt. Danach erfolgt die Einlagerung der Proben in eine 3-%ige NaCl-Lösung, hergestellt unter Verwendung von entmineralisiertem Wasser. Nach 28 Tagen, 3 Monaten und 6 Monaten wird jeweils an zwei Proben der tiefenabhängige Chloridionengehalt ermittelt. Hierzu wird von der Stirnfläche des Zylinders, die nicht eingeschalt war, Material in drei Tiefen (0–2 mm, 4–6 mm und 8–10 mm) abgetragen und nach DIN EN 14 629 hinsicht-

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

321

lich Chloridionen analysiert. Die Materialentnahme muss aus dem Inneren des Zylinders erfolgen, d. h. die äußeren 20 mm der Probe sind zu entfernen, um ein eindimensionales Eindringen der Chloride zu untersuchen (siehe Bild 9.4.13). Zur Ermittlung des Chloridionengehaltes im Ausgangsstoff ist eine weitere Probe nach 28tägiger Lagerung in entmineralisiertem Wasser zu spalten. Aus der Probenmitte wird Material zur Chloridionenanalyse nach DIN EN 14 629 entnommen. Der Chloridionengehalt wird jeweils als prozentualer Anteil der Probenmasse angegeben.

9.4.15 Bestimmung des Kriechens von Betonersatzsystemen im Druckversuch DIN EN 13 584:11.2003 9.4.15.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für PC, PCC und CC sowie Vergussmörtel.

9.4.15.2 Messprinzip Zur Prüfung des Kriechens im Druckversuch werden drei Prismen mit einem Längenverhältnis 4 : 1 einer konstanten Drucklast ausgesetzt. Dabei werden die Dehnungen gemessen. Nach 26wöchiger Belastung werden die Proben entlastet und die Dehnungen während des Rückstellens erfasst. Parallel werden an einem weiteren Probekörper die Schwindverformungen erfasst. Abschließend erfolgen die Ermittlung der Druckfestigkeiten der Proben sowie das Auftragen der Verformungen (abzgl. Schwinden) über das Probenalter.

9.4.16 Widerstand gegen starken chemischen Angriff DIN EN 13 529:12.2003 9.4.16.1 Anwendungsbereich Entsprechend den Angaben in der Norm gilt das beschriebene Verfahren für Oberflächenschutzsysteme. Nach DIN EN 1504-3 kann es jedoch auch für Sonderanwendungen von Instandsetzungsmörteln eingesetzt werden.

9.4.16.2 Messprinzip Auf einer sandgestrahlten Referenzbetonplatte mit einem Größtkorn von 8 mm (C 0,45) wird das Instandsetzungssystem aufgebracht. Das Aufbringen der Prüfflüssigkeit erfolgt über zylindrische Behälter, die auf die Probe geklebt werden. Für die Untersuchung einer Materialkombination (Instandsetzungssystem/Prüfflüssigkeit) sieht die Norm einen Einzelversuch vor. Die Prüfung kann ohne Druck oder mit einem Druck von 1 bar durchgeführt werden (siehe Bild 9.4.15).

9

322

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.13:

Bestimmung der Eindringtiefe von Chloridionen in zementgebundene Instandsetzungsprodukte (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Bild 9.4.14:

323

Bestimmung des Kriechens zementgebundener Instandsetzungsprodukte (Prinzipskizze, Maße in mm, P1: 25 % der Druckfestigkeit des zu prüfenden Produktes nach DIN EN 12 190)

Die Prüfdauer ist in den entsprechenden Abschnitten der DIN EN 1504 angegeben. Sie beträgt üblicherweise 1, 3, 7, 28 oder 90 Tage. Die Prüftemperatur muss, soweit keine gesonderten Absprachen vorliegen, 21 ± 2 °C betragen. Nach der Beaufschlagung mit der Prüfflüssigkeit ist die beanspruchte Fläche mit einem nicht beanspruchten Bereich des Probekörpers hinsichtlich folgender Aspekte zu prüfen: •

Blasenbildung nach DIN EN ISO 4628-2

•

Abblättern nach DIN EN ISO 4628-5

•

Rissbildung nach DIN EN ISO 4628-4

•

Optische Veränderung nach DIN EN ISO 4628-1

•

Adhäsion (DIN EN 1542) oder Härte (DIN EN ISO 2815 oder DIN EN ISO 868)

•

Dichtheit

9

324

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.15:

Bestimmung der Beständigkeit gegen einen starken chemischen Angriff (Prinzipskizze)

9.4.17 Bestimmung der Zugeigenschaften DIN EN ISO 527-1 und 2:1996

9

9.4.17.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Kunststoffe. Im Teil 1 werden allgemeine Grundsätze zu Bestimmung der Zugeigenschaften von Kunststoffen angegeben, während Teil 2 ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Zugeigenschaften von Form- und Extrusionsmassen angibt.

9.4.17.2 Messprinzip Die Probekörper werden entlang ihrer größten Hauptachse bei konstanter Geschwindigkeit von 1 mm/min bis zum Bruch oder bis zum Erreichen vorgegebener Werte gedehnt. Dabei wird die aufgebrachte Kraft und Verformung der Proben gemessen. Pro Prüfvariante sind fünf Proben zu untersuchen. Die Probengeometrie ist in Bild 9.4.16 dargestellt. Aus den SpannungsDehnungskurven sind Zugfestigkeit, Dehnung und E-Modul zu ermitteln.

325

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Maße in mm Probekörper Typ

1A

1B 1

l3 Gesamtlänge

 150 )

l1 Länge des engen parallelen Teils r Radius l2 Entfernung zwischen den breiten parallelen Teilen

80 ± 2

60,0 ± 0,5

20 bis 25

 602)

104 bis 1133)

106 bis 1203)

b2 Breite an den Enden

20,0 ± 0,2

b1 Breite des engen Teils

10,0 ± 0,2

h Bevorzugte Dicke

4,0 ± 0,2

L0 Meßlänge

50,0 ± 0,5

L Anfangsabstand der Klemmen

115 ± 1

l2 ± 0,5

ANMERKUNG: Probekörper Typ 1A wird für direkt geformte Vielzweckprobekörper, Typ 1B für durch mechanisches Bearbeiten hergestellte Probekörper bevorzugt. 1)

Für einige Werkstoffe kann es erforderlich sein, die Schultern zu verlängern (z. B. l3 = 200 mm), um Bruch oder Gleiten in den Klemmen vorzubeugen.

[

] (

)

2)

r = (l2 − l1 ) + (b2 − b1 ) / 4 b2 − b1

3)

Ergibt sich aus l1, r, b1 und b2, aber innerhalb der angegebenen Toleranz.

Bild 9.4.16:

2

2

Geometrie der Probekörper Typ 1A und 1B

9 9.4.18 Bestimmung der Haftzugfestigkeit von Rissfüllstoffen mit oder ohne thermische Behandlung DIN EN 12 618-2:11.2004 9.4.18.1 Anwendungsbereich Das in der Norm beschriebene Verfahren kann auf polymere oder zementgebundene Rissfüllstoffe angewendet werden. Die Injektion kann in trockene, feuchte, nasse oder wasserführende Risse erfolgen.

326

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.18.2 Messprinzip Der zu prüfende Rissfüllstoff wird zwischen zwei sandgestrahlten Betonplatten aus Referenzbeton MC(0,45) nach DIN EN 1766 injiziert. Die Spaltbreite kann vom Hersteller angegeben werden, üblich sind 0,2 mm bis 1 mm. Der Feuchtezustand der Betonoberflächen im Spalt (trocken, feucht, nass bzw. wasserführender Spalt) sowie die Temperatur bei der Injektion ist auszuwählen und anzugeben. Nach der Injektion und Aushärtung werden 12 Bohrkerne bzw. Blöcke aus dem Probekörper entnommen. Sechs der Proben werden über 24 Zyklen nach EN 13 687-3 (Abschnitt 9.4.28) künstlich gealtert, die anderen sechs werden ohne Alterung geprüft. Als Prüfgröße werden die Haftzugfestigkeit, der Füllgrad und die Bruchart bestimmt (siehe Bild 9.4.17). Zur Beschreibung der Bruchart sind folgende Oberflächenanteile des Bruchs zu erfassen: •

A: Bruch im Rissfüllstoff (Kohäsionsbruch)

•

B: Bruch an der Grenzschicht Beton-Rissfüllstoff (Adhäsionsbruch)

•

C: Bruch im Beton

9.4.19 Bestimmung der Schrägscherfestigkeit von Rissfüllstoffen mit oder ohne thermische Behandlung DIN EN 12 618-3:11.2004 9.4.19.1 Anwendungsbereich Das in der Norm beschriebene Verfahren kann auf polymere oder zementgebundene Rissfüllstoffe angewendet werden. Die Injektion kann in trockene, feuchte, nasse oder wasserführende Risse erfolgen.

9.4.19.2 Messprinzip

9

Entsprechend der Darstellung in Bild 9.4.18 werden vier Betonplatten aus Referenzbeton unter einem definierten Winkel gespalten. Der so erzeugte Riss wird injiziert, dabei können die Rissflanken trocken, feucht, nass oder wasserführend sein. Nach Aushärtung des Injektionsstoffes erfolgt ggf. eine Temperaturwechselbeanspruchung nach DIN EN 13 687-4 (Abschnitt 9.4.10). Aus den Platten werden mittig Prismen mit einer Querschnittsfläche von 55 · 55 mm² und einer Länge von 150 mm gesägt. Diese Prismen, mit einer um 30 ° zur Hauptachse geneigten Schrägfuge werden bis zum Versagen auf Druck beansprucht. Die Fuge unterliegt dadurch einer Kombination von Scher- und Druckbeanspruchungen. Zusätzlich zur Druckfestigkeit ist die Bruchart anzugeben. Die Verbundprismen können •

monolithisch,

•

durch den Klebstoff oder

•

durch Diagonalbruch des Betons nahe der Fuge und annähernd parallel dazu brechen.

Die zuletzt genannte Versagensart zeigt üblicherweise eine gute Haftzugfestigkeit bei Rissfüllstoffen mit geringem E-Modul. Parallel zu den Verbundprismen werden Vergleichsprüfkörper geprüft.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

327

9

Bild 9.4.17:

Bestimmung der Haftzugfestigkeit von Rissfüllstoffen zum Beton (Prinzipskizze, ohne Darstellung der Einbauvorrichtung)

328

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.18:

Bestimmung der Schrägscherfestigkeit von Rissfüllstoffen im Beton (Prinzipskizze, ohne Darstellung der Anordnung zum Spalten der Platten)

329

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

9.4.20 Haftung und Dehnung flexibler Füllgüter für Risse DIN EN 12 618-1:11.2003 9.4.20.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Rissfüllstoffe, die für das dehnfähige Füllen von Rissen und Hohlräumen vorgesehen sind.

9.4.20.2 Messprinzip Die Bruchdehnung sowie Haftzugfestigkeit eines Rissfüllstoffes wird an einem gerissenen und injizierten Betonwürfel unter Variation der in Tabelle 9.4.3 dargestellten Parameter geprüft. Für jeden Parameter sind drei Prüfkörper zu prüfen, woraus 18 Prüfkörper resultieren. Tab. 9.4.3: Parameter bzw. Randbedingungen die zur Bestimmung der Bruchdehnung und Haftzugfestigkeit flexibler Rissfüllstoffe einzuhalten sind Randbedingung

Einheit

Rissbreite

Temperatur

mm

Größenordnung 0,3

0,5

Injektion

21 ± 2

Lagerung 6 Tage

21 ± 2

Lagerung 48 h vor der Prüfung

°C

Prüfung

3±2 3±2 wassergefüllt

Feuchtezustand der Risse

-

feucht trocken

Bild 9.4.19 zeigt den Versuch. Für den Versuch werden Betonwürfel mit einer Kantenlänge von 150 mm aus Referenzbeton nach DIN EN 1766 hergestellt. In den Proben wird an einer Sollrissstelle ein Riss von 0,3 bzw. 0,5 mm erzeugt, der über einen Kanal mit Rissfüllstoff unter Druck injiziert wird. Eine Moosgummi-Abdichtung verhindert zunächst das Austreten des Rissfüllstoffes. Nach einer 6-tägigen Lagerung bei 21 °C erfolgt das Aufbringen einer Zugkraft bis zum Versagen. Anhand der Spannungs-Verformungskurve wird die Haftzugfestigkeit und Bruchdehnung bestimmt. Die Versagensart (Kohäsions- oder Adhäsionsbruch) und der Füllgrad (prozentuales Verhältnis der mit Rissfüllstof benetzten Fläche zur Rissfläche) wird angegeben.

9

330

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.19:

Bestimmung der Haftzugfestigkeit und Bruchdehnung flexibler Rissfüllstoffe zum Beton (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

331

9.4.21 Volumetrische Schrumpfung von polymeren Rissfüllstoffen DIN EN 12 617-2:11.2004 9.4.21.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Rissfüllstoffe, die wärmeaushärtbare polymere Bindmittel, hauptsächlich epoxid- und polyesterhaltige Bindemittel, aufweisen. Die Produkte härten bei Umgebungstemperatur und darunter aus.

9.4.21.2 Messprinzip Die volumetrische Schrumpfung wird als prozentualer Anteil der Dichteänderung berechnet. Die Änderung der Dichte ergibt sich aus der Gesamtdichte vor der Polymersisation, die an den einzelnen Komponenten bestimmt wird, im Verhältnis zur Dichte des Endproduktes, das bei 21 °C ausgehärtet ist. Die Dichte nach der Polymerisation wird bei 21 ± 0,5 °C durch Messung des Auftriebs des in Silikonöl getauchten Probekörpers ermittelt.

9.4.22 Bestimmung der Glasübergangstemperatur von Polymeren DIN EN 12 614:01.2005 9.4.22.1 Anwendungsbereich Das in der Norm beschriebene Verfahren ist auf Polymere in körniger Form oder auf jede andere Herstellungsform anwendbar.

9.4.22.2 Messprinzip Die Glasübergangstemperatur (GTT – Glass Transition Temperature) von Polymeren kann entweder mittels Differentialscanningkalorimetrie (DSC) oder Differentialthermoanalyse (DTA) bestimmt werden. Bei beiden Verfahren wird die Probe mit geregelter Geschwindigkeit in einer geregelten Atmosphäre aufgeheizt oder abgekühlt. Dabei wird kontinuierlich •

die Temperaturdifferenz zwischen der Probe und der Referenzprobe bei der DTA,

•

die Änderung der Leistung oder des Wärmestroms bei der DSC

aufgezeichnet. Der Glasübergang der Probe ist im aufgezeichneten Diagramm als eine Änderung der Basislinie während des Aufheizens oder Abkühlens gekennzeichnet. Die Glasübergangstemperatur Tg ist als identisch mit Tm im Bild 9.4.20 definiert. Bei einigen Anwendungen wird jedoch Tf als Tg verwendet. Die Prüfung muss unter Schutzgas (Stickstoff) durchgeführt werden, um eventuelle Reaktionen der Probe mit der Luft während der Temperaturwechselzyklen zu vermeiden. Da einige Polymere bei Temperaturen nahe der Glasübergangstemperatur reagieren, muss zwischen einer Reaktion und einem Übergang unterschieden werden. Die Probe muss homogen sein und sollte vor der Prüfung nicht geschliffen werden, da dadurch häufig thermische Effekte auftreten, die die Messung verfälschen. Üblicherweise ist für die

9

332

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

DSC ein Probengewicht von 10 bis 20 mg und für die DTA ein Probengewicht von 10 bis 100 mg ausreichend. Das Aufheizen der Probe erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 10 K/min.

Bild 9.4.20:

Bestimmung der Glasübergangstemperatur von Polymeren (typischer Glasübergang)

9.4.23 Bestimmung der Zugfestigkeitsentwicklung von Polymeren DIN EN 1543:02.1998 9.4.23.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Reaktionsharze, z. B. Epoxidharze.

9

9.4.23.2 Messprinzip Die Zugfestigkeitsentwicklung wird bestimmt, indem die Zugfestigkeit des Polymers zu verschiedenen Erhärtungszeiten gemessen und der Zeitpunkt des Erreichens der Zugfestigkeit von 3 N/mm² interpoliert wird. Hierzu wird das Zweikomponenten-Produkt gemischt und in Formen eingefüllt. Ein Prüfkolben wird auf das Produkt aufgebracht. Die Versuchseinrichtung und das Material sind bei den entsprechenden Prüftemperaturen (5 ± 1, 15 ± 2 und 21 ± 2 °C) zu lagern. Die Erhärtungszeit ist ab Beendigung des Mischens zu messen. Zu verschiedenen Abbindezeiten (mindestens sechs Zeitpunkte pro Temperatur) ist die Zugfestigkeit zu messen. Der zeitliche Abstand zwischen den Prüfungen ist so zu wählen, dass mindestens sechs Ergebnisse zwischen 0 und > 5 N/mm² (eins unter 1 N/mm² und eins über 5 N/mm²) erzielt werden. Die Vorgehensweise ist in Bild 9.4.21 dargestellt.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Bild 9.4.21:

333

Bestimmung der Zugfestigkeitsentwicklung von Reaktionsharzen (Prinzipskizze)

9.4.24 Bestimmung der Wasserdichtheit von injizierten Rissen ohne Bewegung in Beton DIN EN 14 068:03.2004 9.4.24.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für polymere Rissfüllstoffe.

9.4.24.2 Messprinzip Für den Versuch werden drei zylindrische Prüfkörper aus Referenzbeton MC (0,45) benötigt. Die Proben werden mittig über die Längsachse gespalten. Über Abstandhalter werden die beiden Probenhälften in einem Abstand von 1 mm (Riss) zueinander angeordnet. Die Proben werden dann in eine zylindrische Kammer mit einem Durchmesser von 170 mm eingebaut. An der Unterseite erfolgt die Abdichtung des Risses (Ausnahme: Wasserführender Riss, in diesem Fall wird über die Unterseite Wasser in den Riss eingebracht), und über die Oberseite wird der Riss entsprechend Herstellerangaben injiziert. Nach einer 7-tägigen Erhärtung wird die Probe in der Kammer fixiert und der Riss wird von der Unterseite mit Druckwasser beaufschlagt (Bild 9.4.22). Der Wasserdruck muss von der Unterseite wie folgt aufgebracht werden: •

25 % des maximalen Zieldrucks für 7 Tage,

•

50 % des maximalen Zieldrucks für 7 Tage,

•

75 % des maximalen Zieldrucks für 7 Tage,

•

100 % des maximalen Zieldrucks für 7 Tage.

9

334

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Die Probekörper müssen während des Aufbringens des Wasserdrucks auf Wasserleckagen untersucht werden.

9 Bild 9.4.22:

Bestimmung der Wasserdichtheit injizierter Risse (Prinzipskizze)

9.4.25 Verträglichkeit von Rissfüllstoffen mit Beton DIN EN 12 637-1:11.2004 9.4.25.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Rissfüllstoffe aus Polyurethan und anderen elastischen Rissfüllstoffen, die empfindlich auf die Einwirkung von Alkali in Beton reagieren können. Bei Rissfüllstoffen aus Polyurethan ist dieses Verfahren nur für ausgehärtete Rissfüllstoffe geeignet, also nicht für wasserstoppende Schäume.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

335

9

Bild 9.4.23:

Bestimmung der Verträglichkeit von Rissfüllstoffen mit Beton (Prinzipskizze)

336

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.25.2 Messprinzip Die Probekörper werden aus Rissfüllstoffen geschnitten, die sieben Tage in Formen ausgehärtet sind, um eine eventuelle Volumenzunahme zu verhindern (Bild 9.4.23). Insgesamt sind 12 Probekörper mit den Abmessungen 50 · 50 · 25 mm³ erforderlich. Diese Proben werden entsprechen Tabelle 9.4.4 gelagert. Tab. 9.4.4: Lagern der Prüfkörper (Pro Lagerung drei Prüfkörper) Bedingung

Rissfüllstoff im Ausgangszustand

Mit Wasser kontaminierter Rissfüllstoff

14 Tage

14 Tage

Entmineralisiertes Wasser

-

14 Tage

0,1 molares KOH

-

14 Tage

Luft

Nach der Lagerung werden die Prüfkörper mit einem Belastungszyklus auf Druck beansprucht. Die aufgenommene Kraft-Verformungskurve des letzten Zykluses wird hinsichtlich Verlustarbeit (Fläche zwischen den Belastungs- und Entlastungskurven in Nmm) und Verformungsarbeit (Fläche unter der Kurve in Nmm) ausgewertet.

9.4.26 Verträglichkeit von Rissfüllstoffen. Einwirkung von Rissfüllstoffen auf Kunststoff im Beton DIN EN 12 637-3:03.2004 9.4.26.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für dehnbare Rissfüllstoffe. Die Norm beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstands von für den Einbau in Beton bestimmten Kunststoffteilen (Einbauteile aus Kunststoff, wie z. B. Dichtungsmembran, Fugendichtstoff, Kabel) gegenüber härtenden und erhärtenden Rissfüllstoffen. Sie ist nur anzuwenden, wenn angenommen wird, dass die Eigenschaften des Einbauteils aus Kunststoff durch den verwendeten Rissfüllstoff beeinflusst werden.

9 9.4.26.2 Messprinzip Das Einbauteil aus Kunststoff (soweit möglich: Ø = 155 mm, Dicke 2 mm) wird mit dem Rissfüllstoff in Kontakt gebracht und 28 bzw. 70 Tage bei 21 ± 2°C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte gelagert. Danach erfolgt eine Sichtprüfung am Kunststoff. Die Masse, Zugfestigkeit und Dehnung des Kunststoffteils wird mit und ohne Beanspruchung durch den Rissfüllstoff nach DIN EN ISO 527 ermittelt. Die Beurteilung erfolgt anhand der Änderung der genannten Eigenschaften.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Bild 9.4.24:

337

Bestimmung der Verträglichkeit von Rissfüllstoffen mit Einbauteilen aus Kunststoff (Prinzipskizze)

9.4.27 Änderungen von Volumen und Gewicht nach WechselBeanspruchung durch Trocknung an der Luft und Lagerung in Wasser DIN EN 14 498:12.2004 9.4.27.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Rissfüllstoffe, die zum quellfähigen Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fugen eingesetzt werden.

9.4.27.2 Messprinzip An prismatischen Probekörpern wird die Änderung des Gewichtes und des Volumens während einer Nass- und Nass-Trocken-Wechsel-Beanspruchung bestimmt (Bild 9.4.25). Die Prüfung beginnt 24 Stunden nach der Herstellung. Die Bestimmung des Volumens erfolgt durch Tauchwägung:

9

338

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

V=

mit

1 ª W + W( w)i − W( s+ w)i º¼ [cm³] 0,998 ¬ s

Gleichung 9.4.4

Ws Gewicht des Probekörpers an der Luft in g W(w)i scheinbares Gewicht des Aufhängedrahtes in Wasser in g W(s+w)i scheinbares Gewicht der Probe und des Aufhängedrahtes in Wasser in g

9.4.28 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 3: Temperaturwechselbeanspruchung ohne Tausalzangriff DIN EN 13 687-3:05.2002 9.4.28.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Oberflächenschutz- und Einpresssysteme, die als Teil von Instandsetzungsprodukten oder -systemen eingesetzt werden.

9.4.28.2 Messprinzip Auf einen Referenzbeton-Prüfkörper nach DIN EN 1766 wird ein Oberflächenschutzsystem aufgebracht. Nach dem Aushärten des Oberflächenschutzsystems wird der Prüfkörper durch Frost-Tau-Wechsel zwischen 60 ± 2 °C im Wasser und -15 ± 2 °C in Luft beansprucht. Während und im Anschluss der Bewitterungszyklen werden sichtbare Schäden aufgezeichnet. Abschließend erfolgt die Bestimmung der Haftung zwischen dem Oberflächenschutzsystem und dem Betonuntergrund durch einen Abreißversuch (Bild 9.4.26). Die Anzahl der Prüfzyklen ist in der DIN EN 1504 festgelegt. So gibt die DIN EN 1504-2 für Imprägnierungen und Beschichtungen 20 Zyklen an.

9.4.29 Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 5: Widerstand gegen Temperaturschock DIN EN 13 687-5:05.2002

9

9.4.29.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Oberflächenschutzsysteme für die Instandsetzung von Beton. Das beschriebene Prüfverfahren ist auch für die Prüfung des Widerstandes von Oberflächenschutzsystemen gegen heiße Chemikalien geeignet.

9.4.29.2 Messprinzip Auf einen Referenzbetonkörper nach DIN EN 1766 wird ein Oberflächenschutzsystem aufgebracht. Nach dem Aushärten des Oberflächenschutzsystems wird der Prüfkörper durch das Aufbringen von heißem Asphalt, Bitumen oder heißen Chemikalien beansprucht. Nach der Beanspruchung werden sichtbare Schäden aufgezeichnet. Abschließend erfolgt die Bestimmung der Haftung zwischen dem Oberflächenschutzsystem und dem Betonuntergrund durch einen Abreißversuch (Bild 9.4.27).

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

339

9

Bild 9.4.25:

Bestimmung der Volumen- und Gewichtsveränderung infolge Nass-TrockenBeanspruchung (Prinzipskizze)

340

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.26:

Temperaturwechselbeanspruchung ohne Tausalzangriff (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

341

9

Bild 9.4.27:

Temperaturschockbeanspruchung von Oberflächenschutzsystemen durch heiße Materialien (Prinzipskizze)

342

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.30 Bestimmung der Eindruckhärte mit einem Durometer (ShoreHärte) DIN EN ISO 868:10.2003 9.4.30.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Kunststoffe und Hartgummi. Das beschriebene Verfahren erlaubt keine Rückschlüsse auf mechanische Eigenschaften des Materials. Es wird somit in erster Linie für Kontrollzwecke verwendet.

9.4.30.2 Messprinzip Die Norm legt zwei Eindruckköper (Typ A, für weichere Materialien, und Typ D, für härtere Materialien) fest. Diese werden in das Prüfmaterial eingedrückt und die Tiefe des Eindrucks wird gemessen. Nach DIN EN 1504-7 soll der Eindruckkörper Typ D verwendet und nach sieben Tagen gemessen werden. Das Probenmaterial muss mindestens 4 mm dick sein. Aus der Bedingung pro Probe fünf Messungen mit einem Abstand von 6 mm sowie einen Randabstand von 12 mm durchzuführen, ergeben sich Probenabmessungen von mindestens 36 · 30 · 4 mm³. Die Probe muss eben sein. Die Eindruckhärte steht in umgekehrter Beziehung zum Eindringen und ist vom Elastizitätsmodul und den viskoelastischen Eigenschaften des Materials abhängig. Die Form des Eindruckkörpers, die auf ihn ausgeübte Kraft und die Dauer ihrer Anwendung beeinflussen die Ergebnisse. Ein Vergleich von Messungen, die mit veränderten Randbedingungen durchgeführt wurden, ist somit nicht möglich.

9.4.31 Prüfung des Korrosionsschutzes DIN EN 15 183:11.2006 9.4.31.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Stoffe und Systeme zum Korrosionsschutz der Bewehrung.

9

9.4.31.2 Messprinzip Entsprechend Bild 9.4.28 wird auf vier Stahlstäben und einer Stahlplatte das Korrosionschutzsystem aufgebracht. Nach der Aushärtung wird an einer Längskante der Stahlplatte die Schutzschicht entfernt, um das Potential für Unterschichtkorrosion zu untersuchen. Die Bewehrung wird zur Hälfte in Beton eingebettet. Danach erfolgt die Beanspruchung der Proben mit unterschiedlichen Bewitterungszyklen. Dabei wird der Probekörper so gelagert, dass die geschliffene Seite der Stahlplatte unten liegt. Abschließend erfolgt die visuelle Prüfung hinsichtlich Schäden, Korrosion, Rostbildung, Rostunterwanderung. Hierzu ist der Stahl aus dem Beton auszubauen. Um die Rostunterwanderung an der Stahlplatte beurteilen zu können, ist die Beschichtung vorsichtig zu entfernen. Die Rostunterwanderung darf an keiner Stelle der Stahlplatte weiter als 1 mm vorangeschritten sein.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

343

9

Bild 9.4.28:

Bestimmung des Korrosionsschutzes durch Beschichtungen (Prinzipskizze, Probenlagerung während der Bewitterung mit geschliffener Stahlplattenkante nach unten)

344

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.32 Haftzugfestigkeit zwischen beschichtetem Stahl und Beton (Ausziehversuch) DIN EN 15 184:11.2006 9.4.32.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Produkte auf der Basis von hydraulischen Bindemitteln oder Polymeren oder deren Gemischen zum Korrosionsschutz der Bewehrung.

9.4.32.2 Messprinzip Der Versuch wird mit drei unbeschichteten und drei beschichteten gerippten Stahlstäben durchgeführt. Entsprechend Bild 9.4.29 sind die Stäbe jeweils in Betonwürfel von 200 · 200 · 200 mm³ eingebettet. Auf die einbetonierten Stäbe mit definierter Verbundlänge wird eine Zugkraft aufgebracht und die Last-Verformungskurve aufgezeichnet. Für jeden Probekörper wird die aufgebrachte Kraft bei einer Verschiebung von 0,1 mm bestimmt. Der Mittelwert der benötigten Kraft bei beschichteten und unbeschichteten Stahlstäben wird verglichen. Zusätzlich erfolgt die Angabe der Versagensart.

9.4.33 Bestimmung des linearen Schrumpfens von Polymeren und Oberflächenschutzsystemen DIN EN 12 617-1:11.2003 9.4.33.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für lösemittelfreie kalthärtende Mehrkomponenten-Reaktionsharze für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken.

9.4.33.2 Messprinzip

9

Das Schrumpfmaß (Längen- oder Volumenkontraktion beim Aushärten der Stoffe) wird mit zwei Rinnen mit 1 m Länge bestimmt (Bild 9.4.30). Die Innenseiten der Rinnen weisen Trennmittel auf. Das angemischte Produkt wird eingefüllt, geglättet und sieben Tage bei 21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte gelagert. Dann wird das lineare Schrumpfen bestimmt, indem der Stoff an einem Ende der Rinne ausgerichtet und der am anderen Ende der Rinne entstandene Spalt gemessen wird (Schrumpfmaß s1). Anschließend werden die Produkte in der Rinne für einen Tag im Trockenschrank bei 70 ± 2 °C gelagert und danach für einen Tag bei 21 ± 2 °C abgekühlt. Die Messung der Schrumpfung wird wiederholt (Schrumpfmaß s2). Die Proben sind auf sichtbare Schäden (Risse usw.) zu untersuchen.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

345

9

Bild 9.4.29:

Bestimmung des Ausziehverhaltens einer beschichteten Bewehrung aus Beton (Prinzipskizze)

346

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.30:

Bestimmung des Schrumpfens von kalthärtenden Reaktionsharzen (Prinzipskizze)

9.4.34 Bestimmung des Abriebwiderstandes. Teil 1: TaberAbriebprüfgerät DIN EN ISO 5470-1:09.1999 9.4.34.1 Anwendungsbereich

9

Das in der Norm beschriebene Verfahren wurde entwickelt, um den Abriebwiderstand von beschichteten Textilien zu bestimmen. Nach DIN EN 1504-2 ist es für Imprägnierungen und Beschichtungen auf Beton einzusetzen, wenn deren physikalische Widerstandsfähigkeit gefordert ist.

9.4.34.2 Messprinzip Bei diesem Versuch wird eine Probenscheibe unter Reibrädern eingespannt. Die Reibräder sind mit Schleifkörnern bestückt. Die Probe und die Räder drehen sich. Der dadurch entstandene Abrieb wird alle 100 Zyklen anhand des Masseverlustes bestimmt (Bild 9.4.31). Nach DIN EN 1504-2 ist die Imprägnierung auf Betonwürfel C (0,70) nach DIN EN 1766 aufzutragen. Aus dem Würfel wird eine 10 mm dicke Scheibe geschnitten. Eine nicht imprägnierte Betonscheibe wird mit einer imprägnierten Probe verglichen. Nach DIN EN ISO 5470-1 sind jeweils sechs Probekörper zu prüfen. Die Probenform bei der Prüfung von Beschichtun-

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

347

gen ist in der EN 1504-2 nicht spezifiziert. Die Autoren empfehlen, die Beschichtung ebenfalls auf Betonproben aufzutragen. Als Reibrad wird in der DIN EN 1504-2 ein H22-Rad vorgegeben (nähere Spezifikationen in Tabelle 1 der DIN EN ISO 5470-1). Die Beanspruchung soll 1000 Zyklen mit einer Last von 1000 g betragen. Nähere Angaben zur Frequenz liegen nicht vor. Nach DIN EN ISO 5470-1 kann mit einer Drehzahl des Tellers von 72 min-1 oder 60 min-1 gearbeitet werden.

Bild 9.4.31:

Bestimmung des Abriebwiderstandes mit dem Taber-Abriebprüfgerät (Prinzipskizze)

9.4.35 Beschichtungsstoffe – Gitterschnittprüfung DIN EN ISO 2409:08.2007 9.4.35.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungen mit begrenzter Gesamtschichtdicke. Nach DIN EN ISO 2409 ist das Verfahren für Beschichtungen mit einer Gesamtschichtdicke über 250 μm oder für Strukturbeschichtungen nicht geeignet. Die DIN EN 1504-2 gibt an, dass die Prüfung von dünnen glatten Filmen bis zu einer Gesamttrockenschichtdicke von bis zu 0,5 mm anwendbar ist.

9

348

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.32:

Bestimmung des Widerstandes der Beschichtung gegen eine Trennung vom Beton (Prinzipskizze)

9.4.35.2 Messprinzip Eine Platte aus Referenzbeton MC(0,45) nach DIN EN 1766 ist gemäß Herstellerangaben zu beschichten. Nach der Trocknung erfolgt die Schichtdickenbestimmung mit einem in der DIN EN ISO 2808 festgelegten Verfahren. Nach einer Konditionierung bei 23 ± 2 °C und 50 ± 5 %

349

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

relativer Luftfeuchte werden mit einer definierten Schneide Schnitte durch die Beschichtung entsprechend Bild 9.4.32 durchgeführt (jeder Schnitt muss bis zum Substrat durchgehen). Die Schnitte sind an mindestens drei Stellen durchzuführen und müssen nach DIN EN 1504-2 einen Schnittabstand von 4 mm aufweisen. Anschließend erfolgt das Abbürsten der Beschichtung. Bei harten Beschichtungen ist zusätzlich ein Klebeband auf die Beschichtung aufzubringen und innerhalb von fünf Minuten abzuziehen. Tab. 9.4.5: Einstufung der Gitterschnitte nach DIN EN ISO 2409 GitterschnittKennwert

Beschreibung

Aussehen der Oberfläche im Bereich des Gitterschnittes, an der Abplatzung aufgetreten ist (Beispiel für 6 parallele Schnitte)a

0

1

Die Schnittränder sind vollkommen glatt; keines der Quadrate des Gitters ist abgeplatzt.

_

An den Schnittpunkten der Gitterlinien sind kleine Splitter der Beschichtung abgeplatzt. Abgeplatzte Fläche nicht größer als 4 % der Gitterschnittfläche.

2

Die Beschichtung ist längs der Schnittränder und/oder an den Schnittpunkten der Gitterlinien abgeplatzt. Abgeplatzte Fläche größer als 4 % der Gitterschnittfläche.

3

Die Beschichtung ist längs der Schnittränder teilweise oder ganz in breiten Streifen abgeplatzt und/oder einige Quadrate sind teilweise oder ganz abgeplatzt. Abgeplatzte Fläche größer als 30 % aber nicht größer als 50 % der Gitterschnittfläche.

4

9

Die Beschichtung ist längs der Schnittränder in breiten Streifen abgeplatzt und/oder einige Quadrate sind ganz oder teilweise abgeplatzt. Abgeplatzte Fläche größer als 50 % aber nicht größer als 60 % der Gitterschnittfläche.

5

a

Jedes Abplatzen, das nicht mehr als Gitterschnitt-Kennwert 4 eingestuft werden kann.

Die Vergleichsbilder geben die obere Grenze des Bereiches an.

_

350

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Die Gitterschnitte werden bei weichen Substraten unmittelbar nach dem Bürsten und bei harten Substraten unmittelbar nach dem Abziehen des Klebebandes visuell begutachtet. Die Prüfflächen werden durch Vergleichen mit den Bildern in Tabelle 9.4.5 eingestuft. Bei Mehrschichtsystemen ist anzugeben, zwischen welchen Schichten eine Trennung auftritt. Weichen einzelne Prüfergebnisse voneinander ab und die Unterschiede betragen mehr als eine Einheit, so sind weitere drei Stellen zu prüfen sowie die Einzelergebnisse anzugeben.

9.4.36 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 6: Bestimmung der Kohlenstoffdioxid-Diffusionsstromdichte DIN EN 1062-6:10.2002 9.4.36.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungen und Beschichtungssysteme für poröse Untergründe (z. B. Beton, Gips).

9.4.36.2 Messprinzip Der Versuch kann mit zwei unterschiedlichen Verfahren A und B durchgeführt werden. Für beide Verfahren sind runde Proben mit einer Fläche von mindestens 60 cm² erforderlich. Die Beschichtungen können als freie Filme oder auf Glasfritten hergestellt werden. Nach einer 7-tägigen Aushärtung bei 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte werden die Proben über drei Zyklen 24 Stunden im Wasser bei 23 °C und 24 Stunden im Ofen bei 50 °C gelagert (DIN EN 1062-11, Abschnitt 4.3). Im Anschluss an eine 24stündige Konditionierung bei 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte erfolgt die Ermittlung der Trockenschichtdicke und der Probeneinbau (Bild 9.4.33).

9

Beim gravimetrischen Verfahren (Verfahren A) wird die beschichtete Seite eines Probenstücks dem Messgas ausgesetzt, und die Bestimmung des diffundierten Kohlenstoffdioxids erfolgt quantitativ. Das Probenstück verschließt die Messzelle, die ein Absorptionsmittel für Kohlenstoffdioxid enthält, gasdicht. Die Messzelle befindet sich in einer trockenen Kohlenstoffdioxid/Luft-Atmosphäre bei 23 ± 2 °C und wird in regelmäßigen Abständen gewogen. Die Kohlenstoffdioxid-Diffusionstromdichte (Permeabilität) wird aus der Massezunahme berechnet. Der Versuch wird beendet, wenn ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Für Kontrollzwecke wird bei jeder Bestimmungsreihe eine Vergleichsfolie als Standard mit bekannter Kohlenstoffdioxid-Diffusionstromdichte parallel gemessen. Dieses Verfahren wird in der RL-SIB vorgegeben. Beim Trägergasverfahren (Verfahren B) wird die Probe zwischen zwei Hälften einer Durchlässigkeitsmesszelle geklemmt und abgedichtet. Durch die eine Hälfte der Zelle strömt das Messgas, durch die andere ein Trägergasstrom. Dieser Trägergasstrom transportiert das diffundierte Kohlenstoffdioxid zu einem Detektorsystem, das auf infrarotspektrometrischer oder gaschromatographischer Grundlage arbeitet. Die Bestimmung wird bei 23 ± 2 °C durchgeführt. Dabei kann die Feuchte geregelt werden. Der Versuch ist beendet, wenn ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Für Kontrollzwecke wird bei jeder Bestimmungsreihe eine Vergleichsfolie als Standard mit bekannter Kohlenstoffdioxid-Diffusionstromdichte parallel gemessen. Die Berechnung der Kohlenstoffdioxid-Diffusionstromdichte, diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke und des Diffusionswiderstands erfolgt in Abhängigkeit des Verfahrens nach den in DIN EN 1062-6 dargestellten Formeln.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

351

9

Bild 9.4.33:

Bestimmung der Kohlenstoffdioxid-Diffusionsstromdichte von Beschichtungen und Beschichtungssystemen (Prinzipskizze)

352

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.37 Bestimmung der Wasserdampf-Diffusionsstromdichte DIN EN ISO 7783-1:06.1999, DIN EN ISO 7783-2:04.1999 9.4.37.1 Anwendungsbereich Beiden Teilen der Norm liegt das gleiche Messprinzip zu Grunde. Nach Teil 1 können nur freie Filme geprüft werden, während Teil 2 auch Beschichtungen auf Untergründen berücksichtigt. Mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren werden Beschichtungen und Beschichtungssysteme geprüft.

9.4.37.2 Messprinzip Bild 9.4.34 verdeutlicht den Versuch. Es sind drei Proben erforderlich, die eine Prüffläche von mindestens 60 cm² aufweisen (Teil 2 der Norm). Inwiefern freie Filme oder Beschichtungen auf einem Untergrund herzustellen sind, kann Tabelle 9.4.6 entnommen werden. Nach Teil 2 der Norm sind die Proben 28 d bei 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte zu trocknen, danach erfolgt eine Nass-Trocken-Wechsellagerung über drei Zyklen. Dies ist im Teil 1 nicht enthalten. Tab. 9.4.6: Art der Probekörper

9

Selbsttragende Beschichtung

Reaktion mit dem Untergrund notwendig

Empfohlene Schichtdicke in μm

Untergrund

ja

nein

-

Kleiner, freier Film

ja

ja

-

Orginal-Untergrund

nein

nein

< 80

Orginal-Untergrund

nein

ja

-

Original-Untergrund

nein

nein

> 80

Poröser Untergrund

Zur Durchführung des Versuchs wird die Probe dampfdicht auf einem Behälter, z. B. aus Glas, befestigt. Im Behälter wird mittels Diammoniumhydrogenorthophosphat-Lösung eine relative Luftfeuchte von 93 % eingestellt, während im umgebenden Raum 50 % relative Luftfeuchte bei 23 °C vorliegen. Der Versuchsaufbau wird in geeigneten Abständen gewogen. Die Wasserdampfdiffusionsstromdichte wird aus der Massenänderung bestimmt, wenn diese direkt proportional zu den Zeitabständen ist. Die Berechnung der Wasserdampfdiffusionsstromdichte bei Beschichtungen auf Untergründen ist ebenso wie die Berechnung der diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke im Teil 2 der Norm angegeben.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

353

9

Bild 9.4.34:

Bestimmung der Wasserdampf-Diffusionsstromdichte (Prinzipskizze)

354

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.38 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich. Teil 3: Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit DIN EN 1062-3:07.2007 (Entwurf) 9.4.38.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungen, Beschichtungssysteme und ähnliche Produkte für mineralische Untergründe im Außenbereich.

9.4.38.2 Messprinzip Die Wasserdurchlässigkeit wird mit mindestens drei Blöcken aus stark porösem mineralischem Substrat (Kalksandstein, Ziegel oder Mörtel) mit einer Oberfläche von mindestens 200 cm² geprüft. Das Substrat wird an einer Oberfläche mit dem zu prüfenden Produkt beschichtet, während die anderen Seiten wasserdicht zu versiegeln sind. Die Proben werden 5 mm bis 10 mm tief in Wasser mit 23 °C getaucht und in geeigneten Zeitabständen gewogen. Aus der Masseänderung ergibt sich die Wasserdurchlässigkeit in Kilogramm je Quardratmeter je Wurzel aus einer Stunde.

9.4.39 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 11: Verfahren zur Konditionierung vor der Prüfung DIN EN 1062-11:10.2002 9.4.39.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton.

9.4.39.2 Messprinzip

9

Die Norm legt vier Verfahren zum Konditionieren von Probenkörpern fest, um die Beständigkeit von Beschichtungsstoffen und Beschichtungssystemen auf Bauteilen im Außenbereich unter den Einwirkungen des Wetters zu beurteilen. Die Materialien werden entsprechend den Angaben des Herstellers auf den Untergrund aufgetragen und sieben Tage im Klima 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte (DIN EN 23 270) konditioniert. Danach erfolgt die Konditionierung nach den Varianten 4.1, 4.2, 4.3 oder 4.4: •

4.1: Erhöhte Temperatur:

Die Proben 7 Tage bei 70 °C lagern. Danach die Proben mindestens 24 h im Klima 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte konditionieren, bevor weitere Prüfungen durchgeführt werden. •

4.2: UV-Strahlung und Feuchte:

Die Probekörper mit Lampentyp 2 (UV-A) entsprechend DIN EN ISO 11 507 mit einem Zyklus von 4 h UV-Strahlung und 4 h Befeuchten ohne UV-Strahlung belasten. Die Ge-

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

355

samtdauer beträgt 1000 h. Während der Bestrahlungsphase ist die SchwarzstandardTemperatur, solange nicht anders vereinbart, über eine Zeitspanne von 4 h bei 60 ± 3 °C zu halten. Während der Befeuchtungsphase ist die Schwarzstandard-Temperatur, solange nicht anders vereinbart, über eine Zeitspanne von 4 h bei 50 ± 3 °C zu halten. Danach die Proben mindestens 24 h im Klima 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte konditionieren, bevor weitere Prüfungen durchgeführt werden. •

4.3: Wasserlagerung

Die Probekörper werden über drei Zyklen mit den folgenden Bedingungen belastet: 24 h Lagerung in Wasser bei 23 ± 2 °C 24 h Trocknen bei 50 ± 2 °C. Sind die Beschichtungen bei 50 °C thermoplastisch, so muss bei der Anordnung darauf geachtet werden, dass die Proben nicht an Teilen des Wärmschrankes oder aneinander haften. Danach die Proben mindestens 24 h im Klima 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte konditionieren, bevor weitere Prüfungen durchgeführt werden. •

4.4: Gefrier-Auftau-Belastungen

Die Probekörper sind über 20 Zyklen einer Temperaturwechselbeanspruchung ohne Tausalzangriff nach DIN EN 13 687-1 (Abschnitt 9.4.8) auszusetzen. Danach sind die Proben mindestens 24 h im Klima 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte zu konditionieren, bevor weitere Prüfungen durchgeführt werden. Nach den jeweiligen Beanspruchungen sind die Probekörper auf Blasenbildung, Rissbildung, Abblättern oder Kreiden nach DIN EN ISO 4628 zu untersuchen.

9.4.40 Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Beständigkeit gegen Flüssigkeiten. Teil 1: Eintauchen in Flüssigkeiten außer Wasser, Teil 3: Verfahren mit saugfähigem Material DIN EN ISO 2812 1:05.2007 und DIN EN ISO 2812-3:05.2007 9.4.40.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungsstoffe, die aus einer oder mehreren Schichten bestehen können. In der DIN EN 1504-2:2004 wird zwar das Prüfverfahren nach DIN EN ISO 2812-1 gefordert, aber gleichzeitig wird in den Tabelle 4 und 5 der DIN EN 1504-2:2004 angegeben, dass Verfahren mit Absorptionsmitteln einzusetzen. Dieses Verfahren ist seit 2007 jedoch in der DIN EN ISO 2812-3 geregelt. Nachfolgend werden beide Verfahren kurz dargestellt, es ist jedoch naheliegend, dass DIN EN ISO 2813-3 bei einer Überarbeitung der Norm maßgebend wird.

9.4.40.2 Tauchverfahren nach DIN EN ISO 2812-1 Das Verfahren ist in Bild 9.4.35 dargestellt. Pro Versuch werden zwei beschichtete Probeplatten durch Eintauchen mit einer Prüfsubstanz belastet. Bei Einphasen-Flüssigkeiten werden die Proben direkt in die Flüssigkeit eingetaucht, während bei Zweiphasen-Flüssigkeiten zunächst die Proben in den Behälter gestellt und danach die einzelnen Flüssigkeiten eingefüllt werden.

9

356

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Die DIN EN 1504-2 fordert nach einer 30-tägigen Beanspruchung eine Sichtprüfung. Hierzu kann DIN EN ISO 4628 herangezogen werden.

9 Bild 9.4.35:

Bestimmung der Beständigkeit von Beschichtungen gegen Flüssigkeiten im Tauchverfahren (Prinzipskizze)

9.4.40.3 Verfahren mit saugfähigem Material nach DIN EN ISO 2812-3 Bild 9.4.36 zeigt den Unterschied zum Tauchverfahren: Es werden identische Proben genommen, und auf die Probenplatten werden Filterpapiere und/oder Wattebäusche gelegt, die mit der hochviskosen oder pastösen Prüfflüssigkeit getränkt sind.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Bild 9.4.36:

357

Bestimmung der Beständigkeit von Beschichtungen gegen Flüssigkeiten im Verfahren mit saugfähigem Material (Prinzipskizze)

9 9.4.41 Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich. Teil 7: Bestimmung der rissüberbrückenden Eigenschaften DIN EN 1062-7:08.2004 9.4.41.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungsstoffe, Beschichtungssysteme und ähnliche Produkte mit rissüberbrückenden Eigenschaften, die für mineralische Substrate und Beton vorgesehen sind.

358

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.41.1 Messprinzip Nach dem Beschichten des Substrates, wird im Substrat an einer Sollbruchstelle ein definierter Riss (Rissbreite  100 μm) erzeugt. Die aufgebrachte Beschichtung wird über dem Riss wie folgt mechanisch belastet: Verfahren A: Die Rissbreite wird mit definierter Geschwindigkeit (0,05 mm/min oder 0,5 mm/min, je nach zu überbrückender Rissbreite) kontinuierlich aufgeweitet, bis die Beschichtung reißt oder die geforderte Rissbreite erreicht ist. Verfahren B: Die Rissbreite ändert sich periodisch innerhalb definierter Grenzen. Die Messung wird beendet, wenn die Beschichtung bzw. das Beschichtungssystem reißt oder wenn der dynamische Zyklus abgeschlossen ist. Als Substrat ist entweder Referenzbeton MC(0,45) nach DIN EN 1766 oder Mörtel nach DIN EN 196-1 (Normsand 0–2 mm, CEM I 42,5) zu verwenden. Die aufgebrachte Beschichtung wird nach DIN EN 1062-11 konditioniert (Reaktionsharzsysteme: Verfahren 4.1 und Dispersionen: Verfahren 4.2 nach Abschnitt 9.4.39). Je Versuch werden drei Probekörper benötigt. In der DIN EN 1062-7 sind in Abhängigkeit von den Prüfbedingungen Klassen definiert (Tabelle 9.4.7 und Tabelle 9.4.8). Beim Verfahren A wird die jeweilige Klasse durch die Breite des überbrückten Risses und der Geschwindigkeit bestimmt, während im Verfahren B die Frequenz, Zyklenanzahl und Rissbewegung in den Klassen definiert wird. Die rissüberbrückenden Eigenschaften können bei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt werden. Die Festlegung der Prüfbedingungen erfolgt nach DIN EN 1504-2 durch den Planer unter Berücksichtigung der örtlich vorliegenden Bedingungen. In der DIN V 18 026:06.2006 werden in Abhängigkeit vom Oberflächenschutzsystem detaillierte Vorgaben gemacht. Tab. 9.4.7: Klassen und Prüfbedingungen für die kontinuierliche Rissaufweitung (Verfahren A) Klasse

9 a

Breite des rissüberbrückten Risses

Geschwindigkeit

μm

mm/min

A1

> 100

-a

A2

> 250

0,05

A3

> 500

0,05

A4

> 1250

0,5

A5

> 2500

0,5

Statischer Zugversuch

Im Anhang der Norm werden sechs unterschiedliche Versuche angegeben, mit denen die Rissüberbrückungsfähigkeit bestimmt werden kann. Für das Verfahren A gibt es den statischen Zugversuch und den statischen Biegeversuch, während für das Verfahren B drei unterschiedliche dynamische Zugversuche und ein dynamischer Biegeversuch zur Auswahl stehen. In den Bildern 9.4.37 und 9.4.38 sind exemplarisch der statische Biegeversuch (C2) und ein dynamischer Zugversuch (C3) dargestellt. Stenner /Ste99/ hat identische Oberflächenschutzsysteme mit unterschiedlichen Prüfverfahren untersucht, um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu überprüfen. Er hat den statischen Zugversuch C1, den statischen Biegeversuch C2 und zwei

359

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

dynamische Zugversuche (C3, C5) bei -10 °C Prüftemperatur verglichen. Diese Versuchsreihe zeigt eine gute Übereinstimmung.

Tab. 9.4.8: Klassen und Prüfbedingungen für die periodische Rissaufweitung (Verfahren B) Klasse

Prüfbedingungen

B1

wo wu n f w

= 0,15 mm = 0,10 mm = 100 = 0,03 Hz = 0,05 mm

}Trapezfunktion

B2

wo wu n f w

= 0,15 mm = 0,10 mm = 1000 = 0,03 Hz = 0,05 mm

}Trapezfunktion

B 3.1

wo wu n f w

= 0,30 mm = 0,10 mm = 1000 = 0,03 Hz = 0,2 mm

}Trapezfunktion

B 3.2

Wie 3.1 und wL = ± 0,05 Sinusfunktion n = 20000 f = 1 Hz

B 4.1

wo wu n f w

B 4.2

Wie 4.1 und wL = ± 0,05 Sinusfunktion n = 20000 f = 1 Hz

= 0,50 mm = 0,20 mm = 1000 = 0,03 Hz = 0,30 mm

}Trapezfunktion

Legende f Frequenz n Anzahl der Zyklen w Änderung der Rissbreite wL belastungsabhängige Rissbewegung wo größte Rissbreite wu kleinste Rissbreite

9

360

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Bild 9.4.37:

Bestimmung der Rissüberbrückung im statischen Biegeversuch (Prinzipskizze)

9.4.42 Beschichtungsstoffe – Prüfung der Widerstandsfähigkeit bei schlagartiger Verformung DIN EN ISO 6272-1:08.2004

9

9.4.42.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungsstoffe auf einem Untergrund.

9.4.42.2 Messprinzip Auf ein beschichtetes Substrat fällt ein Körper mit 20 mm Durchmesser (Bild 9.4.39). Der Versuch ist nach DIN EN 1504-2 an beschichteten Betonplatten MC (0,40) nach DIN EN 1766) durchzuführen. Nach Trocknung der Beschichtung erfolgt der Versuch bei 23 ± 2 °C und 50 ± 5 % relativer Luftfeuchte. Das Fallgewicht und die Schlaghöhe sind entsprechend der geschätzten Leistungsfähigkeit auszuwählen. Nach DIN EN 1504-2 kann mit Fallenergien  4 Nm (Klasse I),  10 Nm (Klasse II) oder  20 Nm (Klasse III) gearbeitet werden. Pro Probenplatte sind fünf Prüfungen durchzuführen.

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

361

Nach der Beanspruchung ist die Beschichtung mit der Lupe auf Risse und Ablösungen zu untersuchen. Nach DIN EN ISO 6272-1 ist die Prüfung bestanden, wenn an mindestens vier der fünf geprüften Stellen keine Rissbildung oder kein Ablösen vom Substrat aufgetreten ist. In der DIN EN 1504-2 wird hingegen generell gefordert, dass nach der Belastung keine Rissbildung und kein Abblättern auftreten darf.

9

Bild 9.4.38:

Bestimmung der Rissüberbrückung im dynamischen Biegeversuch (Prinzipskizze)

362

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.39:

Bestimmung der Schlagfestigkeit einer Beschichtung auf Beton (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

363

9.4.43 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten DIN EN 13 5011:05.2007 9.4.43.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Bauprodukte einschließlich Produkten innerhalb von Bauteilen. Die Gruppe der Bodenbeläge und Rohrisolierungen wird innerhalb der Norm getrennt von den anderen Bauprodukten behandelt.

9.4.43.2 Klassifizierung des Brandverhaltens von Bauprodukten Anhand der in den nachfolgend genannten Prüfungen erzielten Ergebnisse werden Bauprodukte in die Klassen A1, A2, B, C, D, E oder F eingestuft. Die Tabellen 1 und 2 der DIN EN 13 501-1 fassen die Klassen mit den jeweiligen Prüfverfahren und Klassifizierungskriterien für Bauprodukte mit Ausnahme von Rohrisolierungen zusammen. Als Bodenbelag wird die oberste Lage eines Bodens eingestuft, zu der auch Bodenbeschichtungen gehören. Für Bodenbeläge gelten modifizierte Regelungen, die separat in DIN EN 13 501-1 angegeben sind. Für alle Bauprodukte mit Ausnahme von Bodenbelägen und Rohrisolierungen gilt: Klassen F: Bauprodukte, für die das Brandverhalten nicht bestimmt wird oder die nicht in eine der Brandlassen A1, A2, B, C, D, E klassifiziert werden können. Klassen E: Bauprodukte, die in der Lage sind, für eine kurze Zeit dem Angriff durch eine kleine Flamme ohne wesentliche Flammenausbreitung standzuhalten. Klassen D: Bauprodukte, die die Kriterien der Klasse E erfüllen und in der Lage sind, für eine längere Zeit dem Angriff durch eine kleine Flamme ohne wesentliche Flammenausbreitung standzuhalten. Zusätzlich sind sie auch in der Lage, einer Beanspruchung durch einen einzelnen brennenden Gegenstand mit ausreichend verzögerter und begrenzter Wärmefreisetzung standzuhalten. Klassen C: Wie Klasse D aber mit strengeren Anforderungen. Zusätzlich zeigen diese Bauprodukte bei der Beanspruchung durch einen einzeln brennenden Gegenstand eine begrenzte seitliche Flammenausbreitung. Klassen B: Wie Klasse C aber mit strengeren Anforderungen. Klassen A2: Erfüllen beim SBI-Prüfverfahren nach DIN EN 13 823 die gleichen Kriterien wie die Klasse B. Zusätzlich liefern diese Bauprodukte unter den Bedingungen eines voll entwickelten Brandes keinen wesentlichen Beitrag zur Brandlast und zum Brandanstieg. Klassen A1: Bauprodukte der Klasse A1 leisten in keiner Phase des Brandes einschließlich des vollentwickelten Brandes einen Beitrag. Aus diesem Grund wird vorausgesetzt, dass sie in der Lage sind, automatisch alle Anforderungen der unteren Klassen zu erfüllen. In Tabelle 9.4.9 sind die Klassifizierungskriterien für die einzelnen Klassen zum Brandverhalten von Bauprodukten mit Ausnahme von Bodenbelägen und Rohrisolierungen zusammengefasst.

9

364

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Tab. 9.4.9: Klassifizierungskriterien zum Brandverhalten von Bauprodukten mit Ausnahme von Bodenbelägen und Rohrisolierungen nach DIN EN 13 501-1:2007 Klasse

Prüfverfahren

Klassifizierungskriterien

Zusätzliche Klassifikation

EN ISO 1182 und

T  30 °C und m  50 % und tf  0 s (d.h. keine anhaltende Entflammung)

–

EN ISO 1716

PCS  2,0 MJ/kga und PCS  2,0 MJ/kgb,c und PCS  1,4 MJ/m2 d und PCS  2,0 MJ/kge

–

EN ISO 1182a oder

T  50 °C und m  50 % und tf  20 s

–

EN ISO 1716 und

PCS  3,0 MJ/kga und PCS  4,0 MJ/m2 b und PCS  4,0 MJ/m2 d und PCS  3,0 MJ/kge

–

EN 13823

FIGRA  120 W/s und LFS < Rand des Probekörpers und THR600s  7,5 MJ

Rauchentwicklungf und brennendes Abtropfen/ Abfalleng

EN 13823 und

FIGRA  120 W/s und LFS < Rand des Probekörpers und THR600s  7,5 MJ

EN ISO 11 925-2i Beanspruchung = 30 s

Fs 150 mm innerhalb von 60 s

EN 13823 und

FIGRA  250 W/s und LFS < Rand des Probekörpers und THR600s  15 MJ

EN ISO 11 925-2i Beanspruchung = 30 s

Fs  150 mm innerhalb von 60 s

EN 13 823 und

FIGRA  750 W/s

a

A1

A2

B

C

9 D

i

EN ISO 11 925-2 Beanspruchung = 30 s

Fs  150 mm innerhalb von 60 s

E

EN ISO 11 925-2i Beanspruchung = 15 s

Fs  150 mm innerhalb von 20 s

F

Keine Leistung festgestellt

a b c

d e

Rauchentwicklungf und brennendes Abtropfen/ Abfalleng

Rauchentwicklungf und brennendes Abtropfen/ Abfalleng Rauchentwicklungf und brennendes Abtropfen/ Abfalleng Brennendes Abtropfen/ Abfallenh

Für homogene Bauprodukte und substantielle Bestandteile von nichthomogenen Bauprodukten Für jeden äußeren nichtsubstantiellen Bestandteil von nichthomogenen Bauprodukten. Alternativ kann ein äußerer nichtsubstantieller Bestandteil ein PCS  2,0 MJ/m2 haben, vorausgesetzt das Produkt erfüllt die folgenden Kriterien der EN 13 823: FRIGA  20 W/s und LFS < Rand des Probekörpers und THR600s  4,0 MJ und s1 und d0. Für jeden inneren nichtsubstantiellen Bestandteil von nichthomogenen Bauprodukten Für das Produkt als Ganzes

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

f

365

In der letzten Phase der Entwicklung des Prüfverfahrens wurden Änderungen des Rauchmesssystems eingeführt, deren Auswirkungen weitere Untersuchungen erfordern. Daraus kann sich eine Korrektur der Grenzwerte und/oder der Parameter zur Beurteilung des Rauches ergeben. s1 = SMOGRA  30 m2/s2 und TSP600s  50 m2; s2 = SMOGRA  180 m2/s2 und TSP600s  200 m2; s3 = weder s1 noch s2 d0 = kein brennendes Abtropfen/ Abfallen in EN 13 823 innerhalb von 600s; d1 = kein brennendes Abtropfen/ Abfallen länger als 10s in EN 13 823 während 600s; d2 = weder d0 noch d1; Entzündung des Papiers in EN ISO 11 925–2 führt zu einer Einstufung in d2. Bestanden = keine Entzündung des Papiers (keine Einstufung); nicht bestanden = Entzündung des Papiers (Einstufung d2). Bei einer Flammenbeanspruchung der Oberfläche und – sofern für die Endanwendung des Produkts relevant – einer Flammenbeanspruchung der Probekante.

g

h i

Zur Klassifizierung des Brandverhaltens sind folgende Prüfverfahren relevant: •

Nichtbrennbarkeitsprüfung nach EN ISO 1182 Mit der Prüfung wird ermittelt, welche Bauprodukte keinen oder keinen bedeutenden Beitrag zu einem Brand leisten. Das Prüfverfahren ist relevant für die Klassen A1, A2.

•

Prüfverfahren zur Verbrennungswärme nach EN ISO 1716 Dieses Prüfverfahren bestimmt die potentielle maximale Wärmefreisetzung eines Bauproduktes bei vollständiger Verbrennung. Das Prüfverfahren ist relevant für die Klassen A1, A2.

•

Prüfverfahren zum SBI (Single Burning Item) nach EN 13 823 Dieses Prüfverfahren bewertet den potentiellen Beitrag eines Bauprodukts zu einem sich entwickelnden Brand bei einer Brandsituation, die einen einzeln brennenden Gegenstand in einer Raumecke nahe am Bauprodukt simuliert. Das Prüfverfahren ist relevant für die Klassen A2, B, C, D, ggf. A1.

•

Entzündbarkeit nach EN ISO 11 925-2 Das Prüfverfahren bewertet die Entzündbarkeit eines Bauprodukts bei der Beanspruchung durch eine kleine Flamme. Das Prüfverfahren ist relevant für die Klassen B, C, D, E.

•

Bestimmung des Brandverhaltens von Bodenbelägen unter Verwendung eines Wärmestrahlers nach EN ISO 9239-1

Dieses Prüfverfahren bewertet den kritischen Wärmestrom unterhalb dessen keine Flammenausbreitung auf einer horizontalen Oberfläche stattfindet. Das Prüfverfahren ist relevant für die Klassen A2, B, C und D bei Bodenbelägen. Die Nichtbrennbarkeit und Verbrennungswärme sind Produkteigenschaften und daher unabhängig vom Einsatzgebiet bzw. der Art der Anwendung des Bauproduktes. Das Ergebnis der drei anderen Prüfungen (SBI, Entzündbarkeit und Brandverhalten von Bodenbelägen) ist auch von der Art des Einsatzes in der Konstruktion abhängig. Bei der Prüfung muss somit die Endanwendung simuliert werden. Zusätzliche Klassifizierungen erfolgen für die Rauchentwicklung (s1, s2, s3) und das brennende Abtropfen/Abfallen (d0, d1, d2). In der DIN EN 1504-2 wird für Beschichtungen und Imprägnierungen lediglich die Einstufung in Brandklassen gefordert, während die deutsche Restnorm DIN V 18 026:06.2006 in Abhän-

9

366

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

gigkeit vom Oberflächenschutzsystem eine Brandklasse vorgibt (z. B. OS 5a und OS 5b: Mindestanforderung: Klasse E-d2).

9.4.44 Bestimmung des Masseverlustes von hydrophobiertem Beton nach der Beanspruchung durch Frost-Tausalz-Wechsel DIN EN 13 581:12.2002 9.4.44.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für hydrophobierten Beton.

9.4.44.2 Messprinzip Betonwürfel aus Referenzbeton werden unbehandelt und allseitig hydrophobiert einer FrostTausalz-Belastung mit Temperaturen zwischen 20 und -15 °C ausgesetzt. Die Beanspruchung erfolgt in 50 Zyklen mit jeweils 24 Stunden. Nach jeweils 5 Zyklen werden die Proben visuell auf Risse oder andere Veränderungen geprüft, abgebürstet und getrocknet sowie gewogen (Bild 9.4.40). Die Mittelwerte der Masseänderung der behandelten und unbehandelten Prüfwürfel werden in einer Grafik über die Zyklen aufgetragen. Der Schnittpunkt zwischen der Kurve und der 0Prozentlinie zeigt die Anzahl der erreichten Zyklen. Die Differenz zwischen der erreichten Anzahl der Zyklen der unbehandelten und der behandelten Prüfwürfel wird berechnet. Nach DIN EN 1504-2 muss der Masseverlust hydrophobierter Proben gegenüber unbehandelten Proben 20 Zyklen später auftreten.

9.4.45 Trocknungsprüfung für hydrophobierende Imprägnierungen DIN EN 13 579:12.2002 9.4.45.1 Anwendungsbereich

9

Die Norm gilt für Hydrophobierungen auf Betonkörpern. In der Norm wird sowohl von Imprägnierungen als auch von Hydrophobierungen gesprochen. In der DIN EN 1504-2 ist dieses Prüfverfahren nur für Hydrophobierungen vorgesehen, darauf basierend wird im Folgenden das Prüfverfahren auch nur für Hydrophobierungen beschrieben.

9.4.45.2 Messprinzip Bild 9.4.41 zeigt das Messprinzip. Es werden drei allseitig hydrophobierte und drei unbehandelte Betonwürfel bei 30 °C und 40 % relativer Luftfeuchte gelagert. Durch die Massenermittlung zu zwei Zeitpunkten erfolgt die Ermittlung der Trocknungsgeschwindigkeit. Zur Beurteilung der Trocknungsgeschwindigkeit wird die mittlere Trocknungsgeschwindigkeit der drei behandelten Prüfwürfel auf die mittlere Trocknungsgeschwindigkeit der drei unbehandelten Prüfwürfel bezogen (Koeffizient der Trocknungsgeschwindigkeit DRC).

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

367

9

Bild 9.4.40:

Bestimmung des Masseverlustes nach Frost-Tausalz-Wechsel (Prinzipskizze)

368

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.41:

Bestimmung der Trocknungsgeschwindigkeit von hydrophobierten Betonwürfeln (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

369

9.4.46 Eindringtiefe von Hydrophobierungen und Versiegelungen Die Eindringtiefe ist nach DIN EN 1504-2 bei Hydrophobierungen und Imprägnierungen zu bestimmen. Zur Vorgehensweise enthält die DIN EN 1504-2 Angaben. Die Eindringtiefe ist an Betonwürfeln mit 100 mm Kantenlänge aus Referenzbeton C (0,70) nach DIN EN 1766 zu bestimmen. Entsprechend DIN EN 1766 erfolgt nach dem Ausschalen eine 27-tägige Lagerung unter Wasser bei 20 °C. Danach werden die Proben sieben Tage bei 21 ± 2 °C und 60 ± 10 % relativer Luftfeuchte getrocknet. Die anschließende Hydrophobierung des Betons erfolgt entsprechend Bild 9.4.41 durch allseitige Tränkung. Die Trocknung der Hydrophobierung erfolgt in Anlehnung an DIN EN 13 579 über 48 Stunden. Danach erfolgt die Bestimmung der Eindringtiefe, indem die behandelten Probekörper gebrochen und die Bruchflächen mit Wasser besprüht werden. Die Tiefe des trockenen Bereiches stellt die wirksame Tiefe der Hydrophobierung dar.

9.4.47 Bestimmung des elektrischen Widerstandes DIN EN 1081:04.1998 9.4.47.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt unter anderem für die Beurteilung des antistatischen Verhaltens von Bodenbeschichtungen nach DIN EN 1504-2.

9.4.47.2 Messprinzip In der Norm werden drei Verfahren angegeben: •

Verfahren A zur Bestimmung des Durchgangswiderstandes R1: Der Durchgangswiderstand einer Bodenbelagsprobe wird bei einer bestimmten Spannung zwischen je einer Elektrode auf der Oberseite und der Rückseite gemessen.

•

Verfahren B zur Bestimmung des Erdableitwiderstandes R2: Der elektrische Widerstand eines verlegten Bodenbelags wird zwischen einer Elektrode auf der Oberfläche und der Erde gemessen.

•

Verfahren C zur Bestimmung des Oberflächenwiderstandes R3:

Der elektrische Widerstand eines verlegten Bodenbelags wird zwischen zwei Elektroden auf der Oberfläche gemessen. Bei allen Verfahren sind Dreifußelektroden, die mit mindestens 300 N angedrückt werden, zu verwenden. Die DIN EN 1504-2 enthält Anforderungen für zwei Klassen des Durchgangswiderstandes nach Verfahren A für bestimmte Verwendungszwecke (Klasse I: > 104 Ω und < 106 Ω (Sprengstoffe) und Klasse II: > 106 Ω und < 108 Ω (Stoffe, bei denen Explosionsgefahr besteht)).

9

370

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9.4.48 Verträglichkeit zwischen Beschichtung und wassergesättigtem, oberflächentrockenem Beton DIN EN 13 578:03.2004 9.4.48.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungen auf Beton. Diese Prüfung deckt folgende Gegebenheiten ab: • Beschichtung von wassergesättigtem, oberflächentrockenem Frischbeton (z. B. Beschichtung nach 7 Tagen), • Beschichtung von erhärtetem, jedoch wassergesättigtem, oberflächentrockenem Beton, • beschichteter Beton mit Feuchte von hinten (ohne zusätzlichen hydrostatischen Druck), die einen Alkaliangriff auf die Beschichtung verursacht.

9.4.48.2 Messprinzip Bild 9.4.42 zeigt das Messprinzip. Wassergesättigte und trockene Betonplatten werden bei Mindestanwendungstemperatur (MAT) beschichtet. Danach werden die wassergesättigten Betonplatten weitere 56 Tage im Wasserbad bei MAT gelagert, während die trockenen Betonplatten als Vergleichsproben 56 Tage bei MAT und 75 % relativer Luftfeuchte gelagert werden. In regelmäßigen Abständen (3 bis 7 Tage) werden Sichtprüfungen (nach DIN EN ISO 4628) durchgeführt. Abschließend wird die Haftzugfestigkeit nach DIN EN 1542 ermittelt.

9.4.49 Wasseraufnahme und Alkalibeständigkeit für Hydrophobierungen DIN EN 13 580:12.2002 9.4.49.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Hydrophobierungen auf Betonkörpern.

9.4.49.2 Messprinzip

9

Entsprechend Bild 9.4.43 werden drei Betonwürfel mit einer Kantenlänge von 100 mm allseitig hydrophobiert, während drei weitere Betonwürfel als Vergleichsproben unbehandelt bleiben. Nach einer Lagerung über Kaliumsulfatlösung werden die Proben gewogen, 24 Stunden im Wasser gelagert und erneut gewogen. Anhand der ermittelten Massen erfolgt die Berechnung der Geschwindigkeit der Massezunahme und die Ermittlung des Absorptionskoeffizienten AR nach Gleichung 9.4.5. AR =

mit

I tm( alk ) Itm ⋅ 100 bzw. ARalk = ⋅ 100 [%] I um I um

Gleichung 9.4.5

mittlere Geschwindigkeit der Massezunahme der drei behandelten Proben Itm Ium mittlere Geschwindigkeit der Massezunahme der drei unbehandelten Proben Itm (alk) mittlere Geschwindigkeit der Massezunahme der drei behandelten Proben nach dem Eintauchen in Kaliumhydroxidlösung

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

371

9

Bild 9.4.42:

Bestimmung des Einflusses wassergesättigter Betonuntergründe auf Beschichtungen (Prinzipskizze)

372

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

9

Bild 9.4.43:

Bestimmung der Wasseraufnahme und Alkalienbeständigkeit von hydrophobierten Betonwürfeln (Prinzipskizze)

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

373

Danach werden die hydrophobierten Proben 21 Tage in einer Kaliumhydroxidlösung gelagert. An diese Lagerung schließt sich die Trocknung der Proben bei Raumluft bis zum Erreichen der Probenmasse vor dem Eintauchen in Wasser an. Es erfolgt eine erneute Ermittlung der Geschwindigkeit der Massezunahme indem die Proben wieder 24 Stunden im Wasser gelagert und anschließend gewogen werden. Danach wird der Absorptionskoeffizient ARalk (Gleichung 9.4.5) berechnet.

9.4.50 Beurteilung von Beschichtungsschäden – Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen Normenreihe DIN EN ISO 4628 9.4.50.1 Anwendungsbereich Die Normenreihe (DIN EN ISO 4628-1 bis -8) gilt für Beschichtungsstoffe. Sie erläutert Verfahren zur Bewertung von Schäden und Veränderungen, die durch Alterung und Bewitterung hervorgerufen werden.

9.4.50.2 Inhalt Die Norm beinhaltet acht Teile die im Folgenden kurz genannt werden. Teil 1: Allgemeine Einführung und Bewertungssystem Die Menge der Schäden und die Größe der Schäden bzw. die Intensität von Veränderungen werden jeweils in Kategorien 0 bis 5 eingeteilt. Der Schadensumfang nimmt mit steigender Kategorie-Zahl zu. Teil 2: Bewertung des Blasengrades Die Blasenmenge und -größe wird mit Hilfe von Vergleichsbildern bewertet. Über die Vergleichsbilder ist eine Einordnung in die Kategorien aus Teil 1 möglich. Teil 3: Bewertung des Rostgrades Der Rostgrad einer Beschichtung wird mit Hilfe von Vergleichsbildern bewertet. Über die Vergleichsbilder ist eine Einordnung in die Kategorien aus Teil 1 möglich. Teil 4: Bewertung des Rissgrades Die Menge der Risse in einer Beschichtung wird mit Hilfe von Vergleichsbildern bewertet. Über die Vergleichsbilder ist eine Einordnung in die Kategorien 0 bis 5 möglich. Die Rissbreite wird bestimmt und ebenfalls über Kategorien 0 bis 5 ausgedrückt. Die Tiefe der Risse ist, soweit möglich, anzugeben (Oberflächenriss, Risse in der Deckbeschichtung, Risse im gesamten Beschichtungssystem). Teil 5: Bewertung des Abblätterungsgrades Der Anteil der Fläche, in der die Beschichtung abgeblättert ist, wird mit Hilfe von Vergleichsbildern bewertet. Über die Vergleichsbilder ist eine Einordnung in die Kategorien 0 bis 5 möglich. Die durchschnittliche Größe der einzelnen Flächen, von denen die Beschichtung abgeblättert ist, wird bestimmt und ebenfalls über Kategorien 0 bis 5 ausgedrückt. Es ist anzugeben, ob die Beschichtung vom Substrat oder innerhalb des Beschichtungssystems abblättert. Teil 6: Bewertung des Kreidungsgrades nach dem Klebebandverfahren

9

374

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Die Kreidungsprodukte werden mit einem Klebeband von der zu prüfenden Beschichtung entfernt. Das an dem Klebeband haftende Pulver wird vor einem Kontrasthintergrund (schwarz oder weiß) untersucht und der Kreidungsgrad mit Hilfe von Vergleichsmustern bestimmt. Teil 7: Bewertung des Kreidungsgrades nach dem Samtverfahren Dieses Prüfverfahren ist insbesondere für raue Oberflächen geeignet. Lose anhaftendes Pulver wird mit einem geeigneten Gewebe von der zu prüfenden Beschichtung entfernt. Die Verschmutzung des Gewebes wird beurteilt und einem Kreidungsgrad 0 bis 5 zugeordnet. Teil 8: Bewertung der von einem Ritz ausgehenden Enthaftung und Korrosion Nach der Bewitterung wird der Bereich der Enthaftung und/oder der Korrosion an einem Riss vermessen und auf die ursprüngliche Rissbreite bezogen. Alternativ kann eine Beurteilung anhand von Vergleichsbildern erfolgen. Der Grad der Korrosion an einem Ritz kann entweder in nassem Zustand unmittelbar nach einer Belastungsperiode der Probe oder nach Entfernen der Beschichtung bewertet werden.

9.4.51 Beschichtungsstoffe – Bestimmung der Schichtdicke DIN EN ISO 2808:05.2007 9.4.51.1 Anwendungsbereich Die Norm gilt für Beschichtungen auf einem Substrat.

9.4.51.2 Prüfverfahren In der Norm werden zahlreiche Prüfverfahren beschrieben, anhand derer die Nassschichtdicke, die Trockenschichtdicke oder Schichtdicke nicht eingebrannter Pulverschichten bestimmt werden kann. Aufgrund des hohen Umfanges der Prüfverfahren soll hier nur eine tabellarische Übersicht über die in der Norm erläuterten Verfahren gegeben werden.

Tab. 9.4.10: Prüfverfahren zur Bestimmung der Nassschichtdicke

9

Verfahren

Substrat

Charakterisierungb

Normc

Präzisiond

1A

Messkamm

beliebig

nz/ze

b

L/P/ F

ASTM D 4414

systematischer Fehler bei Präzisionskämmen ± 10 % oder ± 5 μm, je nachdem welcher Wert größer ist

1B

Messrad

nz/ze

b

L/P/ F

ASTM D 1212

systematischer Fehler ± 5 % oder ± 5 μm, je nachdem welcher Wert größer ist

Messprinzip mechanisch

375

9.4 Prüfverfahren für ausgehärtete Stoffe

Messprinzip

Verfahren

Substrat

Charakterisierungb

1C

Messuhr

nz/ze

b

L/P/ F

gravimetrisch

2

Massendifferenz

nz

nb

L

photothermisch

3

Wärmeausbreitung

nz

nb

L/P

b

c

d

e

Normc

Präzisiond systematischer Fehler ± 5 % oder ± 3 μm, je nachdem welcher Wert größer ist Es liegen keine Daten vor.

EN 15042-2

systematischer Fehler ± 2 % oder ± 3 μm, je nachdem welcher Wert größer ist

z = zerstörend nz = nicht zerstörend b = berührend nb = nicht berührend L/P/F = anwendbar im Labor / in der Produktion / im Feld Zitiert werden repräsentative (inter)nationale Normen, in denen das jeweilige Verfahren beschrieben ist. Die Angaben beruhen auf Erfahrungswerten der Gerätehersteller und Anwender; Abweichung sind möglich. Abhängig vom Beschichtungsstoff und von der Funktion der Beschichtung.

Tab. 9.4.11: Prüfverfahren zur Bestimmung der Trockenschichtdicke Messprinzip mechanisch

gravimetrisch

Verfahren 4A

Dickendifferenzmessung (Mikrometer/Messuhr)

Substrat Beliebig

Charakterisierungb nz/z

b

L

e

Normc

Präzisiond

ASTM D 1005

mechanisch: untere Grenze 5 μm elektronisch: untere Grenze 3 μm

DIN 50 933

4B

Tiefenmessung (Mikrometer/ Messuhr)

z

b

L

4C

Profilabtastung (Profilometer)

z

nb

L

5

Massendifferenz

z

b

L/P/ F

mechanisch: untere Grenze 3 μm elektronisch: untere Grenze 2 μm ISO 4518

untere Grenze: 2 μm Es liegen keine Daten vor.

9

376

9 Europäisch genormte Prüfverfahren

Messprinzip optisch

Substrat

Charakterisierungb

Normc

Präzisiond

6A

Querschliff/ Querschnitt

z

b

L

ISO 1463

systematischer Fehler ± 2 μm Vergleichbarkeit ±5%

6B

Keilschnitt

z

b

L/P/ F

DIN 50 986

mit einer unteren Grenze von 2 μm Vergleichbarkeit ± 10 %

7A

Haftkraft

nz

b

L/P/ F

ISO 2178

systematischer Fehler ± 5 μm Vergleichbarkeit ±6%

7B

Hall-Effekt

nz

b

L/P/ F

7C

Magnetinduktion

nz

b

L/P/ F

ISO 2178

systematischer Fehler ± 2 μm Vergleichbarkeit ±3%

7D

Wirbelstrom

metallisch

nz

b

L/P/ F

ISO 2360

systematischer Fehler ± 2 μm Vergleichbarkeit ±3%

radiologisch

8

BetarückstreuVerfahren

beliebig

nz

nb

L/P

ISO 3543

systematischer Fehler ± 2 % oder ± 5 μm, je nachdem welcher Wert größer ist

photometrisch

9

Wärmeausbreitung

nz

nb

L/P

EN 15 042-2

Es liegen keine Daten vor.

akustisch

10

Ultraschallreflexion

nz

b

L/P/ F

magnetisch

9

Verfahren

Legende siehe Tabelle 9.4.10

ferromagnetisch

systematischer Fehler ± 3 μm Vergleichbarkeit ±5%

systematischer Fehler ± 2 μm Vergleichbarkeit ±5%

10 Ausblick Die vorangegangenen Kapitel beschreiben die wesentlichen Baustoffe für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen. Aufgrund kontinuierlicher Veränderungen ist das Thema hochaktuell, auch wenn die dargestellten Baustoffe zum Teil schon seit Jahren bzw. Jahrzehnten bekannt sind. Ein markanter Aspekt ist die steigende Relevanz von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen im Bauwesen. Infolge der wachsenden Nachfrage streben zunehmend Planungsbüros und Firmen in diesen Bereich. Gleichzeitig wird die Europanormenreihe EN 1504 in den kommenden Jahren zu einem Umdenken bei der Planung und Umsetzung führen. Die damit verbundene höhere Flexibilität erfordert einen hohen Planungsaufwand mit großer Planungsverantwortung. Da nach dem Planungskonzept der EN 1504 die Produktauswahl nach exaktem, für jeden Anwendungsfall individuell erstelltem Eigenschaftsprofil erfolgt, ist die Entwicklung zahlreicher neuer Produkte und Systeme für Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen im europäischen Raum absehbar. Ein Anwendungsgebiet in dem zurzeit verstärkt an der Entwicklung neuer Produkte gearbeitet wird, ist die Instandsetzung von Abwasserrohren. Dazu gehören u. a. die Auskleidung der Rohre mit Glassystemen sowie die Entwicklung von Schlauchlinern mit UV-vernetzenden Epoxidharzen. Denkbar ist zukünftig auch der Einsatz abdichtender Schichten mit NanoPartikeln. Die forcierte Entwicklung von Materialien mit Nano-Partikeln wird zukünftig wahrscheinlich erhebliche Veränderungen im Angebot von Baustoffen hervorrufen. Der Einsatz von Titandioxid, das anhaftendes organisches Material durch Sonnenstrahlung zersetzt, erfolgt bereits für Dachziegel, Farben und Glasscheiben. Visionäre denken an intelligente Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen, die auf ihre Umgebungsbedingungen reagieren und ihre Schutzwirkung gezielt dosieren können. Nanotubes könnten langfristig die Zugfestigkeit zementgebundener Baustoffe deutlich erhöhen. Beschichtungen bzw. Modifikationen von Betonoberflächen mit Nano-Partikeln könnten das Erscheinungsbild von Betonflächen erhalten, gleichzeitig jedoch die Oberflächeneigenschaften wie z. B. die Wasserdichtigkeit und Verschleißfestigkeit signifikant verbessern. Ein weiterer Zukunftsschwerpunkt ist sicherlich die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für Schutz und Instandsetzungen von Betonbauteilen, die unsere Umwelt möglichst wenig belasten. Dazu gehört neben der Nutzung nachwachsender Rohstoffe auch die Entwicklung wieder verwendbarer Systeme. Diese sowie weitere, noch nicht absehbare Entwicklungen im Bereich Schutz- und Instandsetzungen von Betonbauteilen werden in den kommenden Jahren neue Baustoffe, Verfahren und Systemlösungen hervorbringen. Der Bereich der Bauwerkserhaltung steht damit vor interessanten Herausforderungen.

11 Anhang

11.1 Tabellen 11.1.1 Ersatz geschädigten Betons 11.1.1.1 Anforderungen nach DIN EN 1504-3:2005

Tab. 11.1: Anforderungen an die Identifikation von Instandsetzungsmörteln DIN EN 1504-3 Eigenschaft

Prüfverfahren

Toleranzen für die vom Hersteller angegebenen Werte

EN 12 192-1

Vom Hersteller angegebene Werte und Toleranzen

Infrarotanalysea

EN 1767

Bestätigung durch Vergleichb

Druckfestigkeit

EN 12 190

Größer als 80 % des vom Hersteller angegebenen Werts

Dichte

EN 12 190

±5%

Erstarrungszeitc

EN 13 294

Vom Hersteller angegebener Wert und Toleranzen

Verarbeitbarkeit –Thixotroper Mörteld

EN 13 395-1

Vom Hersteller angegebener Wert und Toleranzen

Verarbeitbarkeit – Fließen von Mörteld

EN 13 395-2

Vom Hersteller angegebener Wert und Toleranzen

Verarbeitbarkeit – Fließen von Betond

EN 13 395-3

Vom Hersteller angegebener Wert und Toleranzen

EN ISO 11 358

Bestätigung durch Vergleichb

Epoxid-Äquivalente

EN 1877-1

±5%

e

EN 1877-2

±6%

EN ISO 9514

± 20 %

EN ISO 3251

± 10 %

Granulometrie der trockenen Bestandteile

Thermogravimetrische Analysee

Aminzahl Topfzeit

e

Flüchtiger/Nicht flüchtiger Anteil in den flüssigen Bestandteilene

379

11.1 Tabellen

Legende zu Tabelle 11.1: a Für alle Produkte, die organische Polymere enthalten. b Kontrolle auf Hinweise für eine Veränderung der Zusammensetzung. c Alternativ darf die Veränderung der Verarbeitbarkeit in Abhängigkeit von der Zeit nach den Verfahren bestimmt werden, die in den Teilen 1, 2 und 3 von EN 13395 festgelegt werden. d In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Materials. e Nur für PCs.

Tab. 11.2: Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit von Instandsetzungsmörteln nach DIN EN 1504-3 Anforderung an die Gebrauchstauglichkeit

Referenzbeton (EN 1766)

Anforderungen Prüfverfahren

Druckfestigkeit

Keine

EN 12 190

Chloridionengehalt

Keine

EN 1015-17

Haftvermögen

MC (0,45)

EN 1542

MC (0,45)

EN 12 617-4

Karbonatisierungswiderstandf

Keine

EN 13 295

Elastizitätsmodul

Keine

EN 13 412

Temperaturwechselverträglichkeit Teil 1: Frost/Taubeanspruchungf, h

MC (0,45)

EN 13 687-1

Temperaturwechselverträglichkeit Teil 2: Gewitterregenbeanspruchungf, h

MC (0,45)

EN 13 687-2

Behindertes Schwinden/Quellenb, c

Temperaturwechselverträglichkeit Teil 4: Wechselbeanspruchung durch trockene Wärmef, h

MC (0,45)

EN 13 687-4

Statisch relevant

Statisch nicht relevant

Klasse R4

Klasse R3

Klasse R2

Klasse R1

≥ 45 MPa

≥ 25 MPa

≥ 15 MPa

≥ 10 MPa

≤ 0,05 % ≥ 2,0 MPa

≤ 0,05 %

≥ 1,5 MPa

≥ 0,8 MPaa

Haftzugfestigkeit nach Prüfungd, e ≥ 2,0 MPa

≥ 1,5 MPa

≥ 0,8 M Paa

dk ≤ Bezugsbeton (MC(0,45)) ≥ 20 GPa

≥ 15 GPa

Keine Anforderung

Keine Anforderungg Keine Anforderung

Haftzugfestigkeit nach 50 Prüfzyklend, e ≥ 2,0 MPa

≥ 1,5 MPa

≥ 0,8 MPa

Haftzugfestigkeit nach 50 Prüfzyklend, e ≥ 2,0 MPa

≥ 1,5 MPa

≥ 0,8 MPaa

Haftzugfestigkeit nach 50 Prüfzyklend, e ≥ 2,0 MPa

≥ 1,5 MPa

≥ 0,8 MPaa

Keine Risse oder Abblättern nach 50 Prüfzyklene

11

380

11 Anhang

Anforderung an die Gebrauchstauglichkeit

Griffigkeit

Wärmeausdehnungskoeffizientc

Referenzbeton (EN 1766)

Anforderungen Prüfverfahren

Statisch relevant Klasse R4

Klasse R3

Keine

EN 13 036-4

Klasse I: > 40 Einheiten feucht geprüft Klasse II: > 40 Einheiten trocken geprüft Klasse III: > 55 Einheiten feucht geprüft

Keine

EN 1770

Nicht erforderlich, wenn die Prüfungen 7, 8 oder 9 durchgeführt werden, sonst angegebener Wert

Statisch nicht relevant Klasse R2

Klasse R1

Klasse I: > 40 Einheiten feucht geprüft Klasse II: > 40 Einheiten trocken geprüft Klasse III: > 55 Einheiten feucht geprüft Nicht erforderlich, wenn die Prüfungen 7, 8 oder 9 durchgeführt werden, sonst angegebener Wert

≤ 0,5 kg Keine AnforKapillare WasseraufEN Keine ≤ 0,5 kg · m-2 · h-0,5 m-2 h-0,5 derung nahme 13 057 Anforderungen an die Instandsetzungsprinzipien 3, 4 und 7: Verfahren 3.1 Betonersatz durch Mörtelauftrag von Hand Verfahren 3.2 Betonersatz mittels Querschnittsergänzung durch Betonieren Verfahren 3.3 Betonersatz mittels Beton- oder Mörtelauftrag durch Spritzverarbeitung Verfahren 4.4 Querschnittsergänzung mit Mörtel oder Beton Verfahren 7.1 Erhöhung der Bewehrungsüberdeckung mit zusätzlichem zementgebundenem Mörtel oder Beton Verfahren 7.2 Ersatz von schadstoffhaltigem oder karbonatisiertem Beton a Der Wert 0,8 Mpa ist nicht erforderlich, wenn Kohäsionsversagen im Instandsetzungsmaterial auftritt. Wenn ein Kohäsionsversagen auftritt, ist eine Mindestzugfestigkeit von 0,5 Mpa erforderlich. b Für Instandsetzungsverfahren 3.3 nicht erforderlich. c Nicht erforderlich, wenn eine Temperaturwechselbeanspruchung durchgeführt wird. d Mittelwert, wobei kein Einzelwert 75 % der Mindestanforderung unterschreiten darf. e Maximal zulässige mittlere Rissbreite ≤ 0,05 mm, ohne Risse ≥ 0,1 mm und ohne Abblättern. f Für Dauerhaftigkeit. g Nicht geeignet für Schutz gegen Karbonatisierung, sofern das Instandsetzungssystem kein Oberflächenschutzsystem einschließlich eines bewährten Schutzes gegen Karbonatisierung umfasst (siehe EN 1504-2). h Die Auswahl des Verfahrens erfolgt in Abhängigkeit von den Beanspruchungsbedingungen. Wenn ein Produkt die Bedingungen von Teil 1 erfüllt, ist davon auszugehen, dass es auch den Teilen 2 und 4 entspricht.

11

381

11.1 Tabellen

11.1.1.2 Anforderungen nach RL-SIB /DAfStb01/ Tab. 11.3: Anforderungen an die Stoffe für die Beanspruchungsklassen M 1, M 2 (PCC) und M 3 nach RL-SIB Prüfung Art

Anforderungen Grundprüfung

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen

Prüfungen an den Ausgangsstoffen der zementgebundenen Komponenten Kornzusammensetzung Festkörpergehalt bzw. Trockenrückstand Thermogravimetrische Analyse Infrarot-Spektrum

≤ 5 % Überkorn —

± 5 M.-% für Prüfkorngrößen ≥ 0,125 mm ±5 % rel. bei Festkörpergehalten > 20 M.-% ± 10 M.-% rel. bei Festkörpergehalten ≤ 20 M.-%

—

Keine Hinweise auf Abweichungen der Zusammensetzung.

—

Prüfungen an den epoxidharzgebundenen Komponenten —

± 1 %; ± 2 % bei gefüllten Systemen

—

± 3 % bzw. ± 4 %

Thermogravimetrische Analyse

—

Keine Hinweise auf Abweichungen

Infrarot-Spektrum

—

Dichte Epoxidäquivalent und Aminzahl

Ablaufneigung

der Zusammensetzung.

Trockenschichtdicke auf der senkrecht stehend gelagerten Platte ≥ 60 % der Trockenschichtdicke auf der waagerecht liegenden Platte. Absolute Abweichung vom Relativmaß der Trockenschichtdicke: ± 10 %

Topfzeit

—

± 15 %

Härtungsverlauf

—

± 3 Shore-Skalenteile

—

Ausbreitmaß: ± 2 cm für PCC; ± 15 % für Haftbrücke und Feinspachtel Rohdichte: ± 0,10 kg/dm³ Luftgehalt: ± 2 Vol.-% abs. bzw. 50 % rel. (der kleinere Toleranzbereich ist maßgebend)

Prüfungen am Frischmörtel

Konsistenz, Rohdichte und Luftgehalt

Konsistenzänderung (Temperatur, Zeit)

Keine Hinweise auf nicht baustellengerechte Verarbeitbarkeit

—

11

382

11 Anhang

Prüfung Art

Anforderungen Grundprüfung

Trockenschichtdicke auf der Ablaufneigung

Verarbeitbarkeitsdauer

senkrecht stehend gelagerten Platte ≥ 60 % der Trockenschichtdicke auf der waagerecht liegenden Platte.

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen Absolute Abweichung vom Relativmaß der Trockenschichtdicke: ± 10 %

Hinreichend streichfähig

—

Prüfungen am Festmörtel bzw. an den erhärteten zementgebundenen Komponenten Festigkeiten nach Lagerung A

βBZ,90 ≥ 0,70 βBZ,90 (Lagerung.B) βD,90 ≥ 0,70 βD,90 (Lagerung B)

—

M 1: βD,28 ≥ 10 N/mm² M 2, M 3: Festigkeiten nach Lagerung B

Quellen Schwinden

βBZ,28 ≥ 8 N/mm² βD,28 ≥ 45 N/mm² βBZ,90, βD,90: kein Festigkeitsabfall gegenüber allen früheren Altersstufen εq ≤ 0,30 o/oo nach 28 d

ΔβBZ,28 = ± 20 %

εs ≤ 0,90 o/oo nach 28 d

Δεs = ± 20 % nach 28 d

Kriechen

—

—

—

Gesamtgehalt an Halogenen

Halogengehalt ≤ 0,05 % bezogen auf die Trockenmasse

Korrosionsfördernde Stoffe

Keine korrosionsfördernde Wirkung auf Betonstahl

Trockenrohdichte Statischer Elastizitätsmodul Dynamischer Elastizitätsmodul

—2

—

1

—

—

25 kN/mm² ≤ Edyn ≤ 40 kN/mm²

—

Karbonatisierungstiefe

C90 ≤ 2,0 mm

—

Beständigkeit in Calciumhydroxidlösung

βBZ,90 ≥ βBZ,56 βBZ,90 ≥ 0,70 βBZ,90 (Lagerung B)

—

Kapillare Wasseraufnahme nach 24 h

W24 ≤ 0,5 kg/(m² h-0,5)

—

Wasserdampfdurchlässigkeit

11

1

ΔβD,28 = ± 10 %

—1 μ = 1000 [-]

—

Prüfungen am Verbundkörper Haftzugfestigkeit nach Lagerung A

Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

383

11.1 Tabellen

Prüfung

Anforderungen

Art

Grundprüfung

M 12 Haftzugfestigkeit nach Lagerung B

1 2

M 2, M 3:

Mittelwert βHZ

—

≥ 2,0 N/mm²

Einzelwerte βHZ

—

≥ 1,5 N/mm²

Rissbreite Haftzugfestigkeit nach Frost-Tau-Beanspruchung

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen

w ≤ 0,10 mm

M 2, M 3: Mittelwert: βHZ,7 ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ,7 ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Haftzugfestigkeit nach Frost-TausalzBeanspruchung

(keine Abwitterung des PCC) Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Haftzugfestigkeit nach Temperaturwechselbeanspruchung

PCC: Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm Feinspachtel: Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Haftzugfestigkeit nach Schwingbeanspruchung

Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Behindertes Schwinden

Keine großflächigen Ablösungen vom Betonuntergrund Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Widerstandsfähigkeit der Korrosionsschutzbeschichtung

Stabstähle korrosionsfrei Unterrostung an freigeschliffener Blechkante an jeder Stelle ≤ 1 mm

—

Verhalten bewehrter Verbundkörper

keine Abwitterung des PCC; keine Schädigung des Haftverbundes; keine Korrosion der Bewehrung Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Verbundverhalten zum Bewehrungsstahl

Die Prüfung gilt als bestanden, wenn die Verbundfestigkeit mindestens 80 % der im Nullversuch ermittelten Bezugsverbundspannung beträgt.2

—

Bei M 3 Rechenwert für Planer Bezugswert für die Eigenüberwachung der Ausführung

11

384

11 Anhang

Tab. 11.4: Anforderungen an die Stoffe für die Beanspruchungsklasse M 2 (SPCC) nach RL-SIB Prüfung

Anforderungen

Art

Grundprüfung

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen

Prüfungen am Frischmörtel (im Zwangsmischer hergestellte Mischungen) bzw. am Gemisch Ausbreitmaß: ± 2 cm

Konsistenz, Rohdichte und Luftgehalt

Rohdichte:

± 0,10 kg/dm³

Luftgehalt:

± 2 Vol.% abs. bzw. 50 % rel.

—

(der kleinere Toleranzbereich ist maßgebend)

Ablaufneigung

Trockenschichtdicke auf der senkrecht stehend gelagerten Platte ≥ 60 % der Trockenschichtdicke auf der waagerecht liegenden Platte. Absolute Abweichung vom Relativmaß der Trockenschichtdicke ± 10 %

Verarbeitbarkeitsdauer

Hinreichend streichfähig

—

Prüfungen am Festmörtel bzw. an den erhärteten zementgebundenen Komponenten (im Zwangsmischer hergestellte Mischungen) Festigkeit nach

—

Lagerung B Schwinden

—

βBZ,28: ± 20 % βD,28: ± 10 % ε s:

± 20 % nach 28 d

Gesamtgehalt an Halogenen

Halogengehalt ≤ 0,05 % bezogen auf die Trockenmasse

Korrosionsfördernde Stoffe

Keine korrosionsfördernde Wirkung auf Betonstahl

Prüfungen am Frischmörtel (gespritzte Proben) —1

—

Festigkeiten nach Lagerung A

βBZ,90 ≥ 0,70 βBZ,90 (Lagerung B) βD,90 ≥ 0,70 βD,90 (Lagerung B)

—

Festigkeiten nach Lagerung B

βBZ,28 ≥ 8 N/mm² βD,28 ≥ 45 N/mm² βBZ,90, βD,90: kein Festigkeitsabfall gegenüber allen früheren Altersstufen

Frischmörtelrohdichte Prüfungen am Festmörtel (gespritzte Proben)

11

385

11.1 Tabellen

Prüfung

Art

Quellen Schwinden

Anforderungen

Grundprüfung

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen

εq ≤ 0,25 o/oo nach 28 d εs ≤ 0,80 o/oo nach 28 d

Trockenrohdichte

—1

Dynamischer Elastizitätsmodul

— — —

25 kN/mm² ≤ Edyn ≤ 40 kN/mm²

—

Karbonatisierungstiefe

C90 ≤ 2,0 mm

—

Beständigkeit in Calciumhydroxidlösung

βBZ,90 ≥ βBZ,56 βBZ,90 ≥ 0,70 βBZ,90 (Lagerung B)

—

Kapillare Wasseraufnahme nach 24 h

W24 ≤ 0,5 kg/(m² h-0,5)

—

Prüfungen am Verbundkörper (gespritzte Proben) Haftzugfestigkeit nach Lagerung A Haftzugfestigkeit nach Lagerung B Haftzugfestigkeit an einlagig gespritzten Proben Haftzugfestigkeit nach FrostTausalz-Beanspruchung Haftzugfestigkeit nach Temperatur-Wechselbeanspruchung Haftzugfestigkeit nach Schwingbeanspruchung

1

Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

(keine Abwitterung des SPCC) Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Mittelwert βHZ ≥ 2,0 N/mm² Einzelwerte βHZ ≥ 1,5 N/mm² Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Behindertes Schwinden

Keine großflächigen Ablösungen vom Betonuntergrund Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Verhalten bewehrter Verbundkörper

Keine Abwitterung des SPCC, keine Schädigung des Haftverbundes; keine Korrosion der Bewehrung Rissbreite w ≤ 0,10 mm

—

Widerstandsfähigkeit der Korrosionsschutzbeschichtung

Stabstähle korrosionsfrei Unterrostung an freigeschliffener Blechkante w ≤ 1 mm

—

Feststellung der Spritzeignung des SPCC

Fehlerlängensumme ≤ 120 mm

—

Bezugswert für die Eigenüberwachung der Ausführung

11

386

11 Anhang

Tab. 11.5: Anforderungen an die Stoffe für die Beanspruchungsklasse M 2 (PC) nach RL-SIB Prüfung

Anforderungen

Art

Grundprüfung

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen

Prüfungen an den Ausgangsstoffen des PC, der Korrosionsschutzbeschichtung und der Haftbrücke Dichte Rohdichte

—

Dichte: ± 1 % bei ungefüllten, ± 2 % bei gefüllten Komponenten Rohdichte: ± 3 %

Epoxidäquivalent und Aminzahl

—

± 3 %; ± 4 %

Thermogravimetrische Analyse

—

Keine Hinweise auf Abweichungen der Zusammensetzung.

Infrarot-Spektrum

—

Kornzusammensetzung Reaktionsharz- bzw. tergehalt

≤ 5 % Überkorn

Här-

± 5 M.-% für Prüfkorngrößen ≥ 0,125 mm

—

± 1 M.-%

Topfzeit

—

± 15 %

Härtungsverlauf

—

± 3 Shore-Skalenteile

Prüfungen an Frischmörtel bzw. Gemisch

Ablaufneigung

Gehalt an nichtflüchtigen Anteilen

Trockenschichtdicke auf der senkrecht stehend gelagerten Platte ≥ 60 % der Trockenschichtdicke auf der waagerecht liegenden Platte.

Absolute Abweichung vom Relativmaß der Trockenschichtdicke: ± 10 %

≥ 98 % bezogen auf das Bindemittel

—

Prüfungen an Festmörtel Rohdichte Festigkeiten nach Lagerung A

11

≥ 95 % der Rohdichte bei vollständiger Verdichtung βD,7 ≥ 0,7 βD (Lagerung C) βBZ,7 ≥ 0,7 βBZ (Lagerung C)

Festigkeiten nach Lagerung B

—

Festigkeiten nach Lagerung C

— αt ≤ 22 x 10 K -6

Thermische Dehnung

± 0,10 kg/dm³ — — Biegezugfestigkeit: ± 20 % Druckfestigkeit:

± 10 %

-1

für -20 °C ≤ t ≤ +40 °C

Δ αt = ± 1,5 x 10-6 K-1

387

11.1 Tabellen

Prüfung

Anforderungen

Art

Grundprüfung

Übereinstimmungsnachweis, zul. Toleranzen gegenüber Bezugswerten oder Mindestanforderungen

Dynamischer Elastizitätsmodul

—

—

Freies Schrumpfen

Schrumpfmaß ≤ 0,3 o/oo

—

Prüfungen am Verbundkörper Haftzugfestigkeit nach Lagerung A Haftzugfestigkeit nach Lagerung B Haftzugfestigkeit nach Lagerung B (Applikation über Kopf)

— Mittelwert βHZ,7 ≥ 2,0 N/mm²

—

Einzelwerte βHZ,7 ≥ 1,5 N/mm²

—

Haftzugfestigkeit nach Frost-TausalzBeanspruchung

Verbundkörper (Grundkörper und PC) rissfrei

—

Haftzugfestigkeit nach Temperaturwechselbeanspruchung

keine Abwitterung

—

Widerstandsfähigkeit der Korrosionsschutzbeschichtung

Stähle korrosionsfrei; Unterrostung an freigeschliffener Blechkante ≤ 1 mm

—

Verhalten bei bewehrten Verbundkörpern

keine Abwitterung des PC; keine Schädigung des Haftverbundes; keine Korrosion der Bewehrung; Probekörper rissfrei

—

11

388

11 Anhang

11.1.2 Rissfüllstoffe Anforderungen nach DIN V 18 028:2006 und DIN EN 1504-5:2004 Tab. 11.6: Identitätsprüfungen mit Angabe des Prüfverfahrens und der in Deutschland notwendigen Häufigkeit sowie zulässigen Abweichung nach DIN V 18 028:2006-06 für Rissfüllstoffe mit reaktivem Polymerbindemittel Eigenschaft Art der Prüfung und Prüfgröße

Zulässige

Prüfverfahren nach

Häufigkeit

Epoxid-Äquivalent (nur EP)a

DIN EN 1877-1

zweimal je Jahr

± 5,0 %

Aminzahla

DIN EN 1877-2

zweimal je Jahr

± 6,0 %

Hydroxylzahl (nur PUR)a

DIN EN 1240

zweimal je Jahr

± 10,0 %

Isocyanatgehalt (nur PUR)a

DIN EN 1242

zweimal je Jahr

± 10,0 %

andere funktionelle Gruppen/ Säurezahl

Bestimmung entsprechend dem Charakter der funktionellen Gruppe DIN EN ISO 2114

zweimal je Jahr

Dichte

DIN EN ISO 2811-1

je Charge

± 3,0 %

Infrarotanalyse

DIN EN 1767

zweimal je Jahr

kein Hinweis auf Veränderungen in der Zusammensetzung

Viskosität

EN ISO 3219

je Charge

± 20,0 %

Topfzeit bei Temperatur von 21 °C

DIN EN ISO 9514:1994-10

zweimal je Jahr

± 20,0 %

zweimal je Jahr

± 5,0 % und EP: < 2,0 % Massenanteile absolut PUR ohne Wasserzugabe: < 2,0 % Massenanteile absolut PUR mit Wasserzugabe: < 5,0 % Massenanteile absolut

Abweichung

Komponenten bezogen auf die funktionelle Gruppe:

kein Hinweis auf Veränderungen in der Zusammensetzung Säurezahl (PUR): ± 10,0 %

Angemischter Rissfüllstoff

DIN EN ISO 3251

11 Bestimmung der flüchtigen und nicht flüchtigen Anteile

PUR: ohne/mit Wasserzugabe von 5,0 % Massenanteile nach einer einminütigen Vormischzeit der Komponenten A und B

389

11.1 Tabellen

Eigenschaft Art der Prüfung und Prüfgröße

Zulässige

Prüfverfahren nach

Häufigkeit

Zugfestigkeit

DIN EN ISO 527-1 und DIN EN ISO 527-2

zweimal je Jahr

± 20,0 %

Dehnung

DIN EN ISO 527-1 und DIN EN ISO 527-2

zweimal je Jahr

± 20,0 %

Elastizitätsmodul

DIN EN ISO 527-1 und DIN EN ISO 527-2

zweimal je Jahr

± 20,0 %

Abweichung

Am erhärteten Gemisch

a

Die von dem Zulieferer der Rohstoffe bereitgestellte Dokumentation gilt als den Anforderungen entsprechend.

Tab. 11.7: Identitätsprüfungen mit Angabe des Prüfverfahrens und der in Deutschland notwendigen Häufigkeit sowie zulässigen Abweichung nach DIN V 18 028:2006-06 für Rissfüllstoffe mit hydraulischem Bindemittel Eigenschaft Art der Prüfung und Prüfgröße

Prüfverfahren nach

Häufigkeit

zulässige chung

Abwei-

Komponenten kein Hinweis auf Veränderungen und ZL: d99,9 ≤ 200 μm

Korngrößenanalyse/ Korngrößenverteilung (Komp. A)

ISO 13 320-1

Bestimmung der flüchtigen und nicht flüchtigen Bestandteile (Komp. B, C)

DIN EN ISO 3251 alternativ DIN EN ISO 11 358

Dichte (Komp. A, B, C)

DIN EN ISO 2811-1 oder DIN EN ISO 2811-2

je Charge

DIN EN 196-2 für Pulver DIN 4030-2 für B und C

je Charge

≤ 0,2 % Massenanteile bezogen auf Zement

DIN EN 1767

je Charge

kein Hinweis auf Veränderungen

je Charge

ZS: d95 ≤ 16 μm

Chloridgehalt (Komp. A, B, C) Nachweis durch Lieferant möglich Infrarotspektrum (Komp. B, C) (für flüssige Bestandteile)

je Charge

±5% Aa: ± 3 % Bb: ± 1 % Cc: ± 1 %

Frisch angemischter Rissfüllstoff Rohdichte

InstandsetzungRichtlinie, Teil 4, 6.5.7

je Charge

±3%

Erstarrungszeit

EN 196-3

e

± 20 %

11

390

11 Anhang

Eigenschaft Art der Prüfung und Prüfgröße

Prüfverfahren nach

Häufigkeit

zulässige chung

Abwei-

DIN EN 14 117

e

± 20 %

DIN EN 14 497

e

≤ Wert der Erstprüfung

Dichte und Druckfestigkeit

DIN EN 12 190d

zweimal je Jahr

± 15 % und βD7 ≥ 20 N/mm²

Volumenänderung

DIN EN 445

zweimal je Jahr

-1 % < Volumenänderung < +5 % des Anfangsvolumens

Auslaufzeit (Marsh-Trichter) niedrigste Anwendungstemperatur Tmin mittlere Temperatur von 21 °C Tnorm höchste Anwendungstemperatur Tmax Eindringstabilität Gemischter und erhärteter Rissfüllstoff

Erläuterungen zu Tabelle 11.7 a

11

Pulverkomponente von ZL/ZS

b

Flüssigkomponente von ZL/ZS, gegebenenfalls demineralisiertes Wasser

c

Zusatzmittel

d

Abweichend zu DIN EN 12190 sind die Prüfkörper mit Zementstein/-suspension ohne Sandzugabe herzustellen und nach DIN EN 12190:1998-12, A. 1.1 nachzubehandeln.

e

Jeweils nach 10 Chargen, alle zwei Wochen oder jeweils nach 1 000 t, je nachdem, welcher Punkt zuerst erreicht wird.

391

11.1 Tabellen

Tab. 11.8: Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für Rissfüllstoffe zum kraftschlüssigen Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen (H: Hydraulisches Bindemittel, P: Polymeres Bindemittel) nach DIN V 18 028:2006-06 Leistungsmerkmale

Prüfverfahren nach

Anforderung/Klassen

Haftung durch Haftzugfestigkeit (H, P)

DIN EN 12 618-2

Volumetrische Schrumpfung (P) Bluten/Wasserabsonderung (H)

DIN EN 12 617-2

H: F1: ƒh > 2,0 N/mm² F2: ƒh > 0,6 N/mm² (nur Hohlräume und Fehlstellen) P: Kohäsives Versagen im Beton 40 °C  0,2 % Massenanteile/ Zementgehalt Injektionsfähigkeitsklassen: 0,1; 0,2; 0,3 Spaltzugfestigkeit: > 3 N/mm² (H) > 7 N/mm² (P)

Füllgrad > 90 % Anforderungen an die Haftung (Zeile 1) erfüllt

Injektionsfähigkeitsklassen: 0,1; 0,2; 0,3 Spaltzugfestigkeit: > 3 N/mm² (H)

Füllgrad > 90 % Anforderungen an die Haftung (Zeile 1) erfüllt

angegebener Wert

11

392

11 Anhang

Leistungsmerkmale

Prüfverfahren nach

Anforderung/Klassen

Auslaufzeit (H)

DIN EN 14 117, bei Tnorm ,Tmin , Tmax DIN EN ISO 9514:1994-10 Topfzeit: s. DIN EN 1504-5:2005-03, Tabellen 2.a (P) und 2.b (H)

angegebener Wert

Verarbeitbarkeitsdauer (H,P)

Zugfestigkeitsentwicklung bei Polymeren (P)

DIN EN 1543 Die Prüfung muss unter drei Konditionierungs- und Prüftemperaturen durchgeführt werden: 21 °C sowie vom Hersteller empfohlene Mindest- und Höchstverwendungstemperatur, jeweils mit einer Abweichung von ± 2 °C.

Erstarrungszeit (H)

DIN EN 196-3 Die Prüfung muss unter drei Konditionierungs- und Prüftemperaturen durchgeführt werden: 21 °C sowie vom Hersteller empfohlene Mindest- und Höchstverwendungstemperatur, jeweils mit einer Abweichung von ± 2 °C. DIN EN 12 618-2:2004-11,4.7, künstliche Alterung

Haftung durch Haftzugfestigkeit nach Temperatur-WechselBeanspruchung und NassTrocken-Zyklen (H,P) Verträglichkeit mit Beton abgedeckt durch: Haftung durch Haftzugfestigkeit (H,P) Druckfestigkeit (H) Injektionsverfahren in Betonbauteilen Festigkeit im Riss und Füllgrad (P) Dichtheitskontrolle und Füllgrad (H) Elektrochemische Prüfung

11

DIN EN 12 618-2:2004-11,4.7, künstliche Alterung

DIN EN 12 190 ohne Sandzugabe Instandsetzungsrichtlinie, Teil 4 P: 6.2 H: 6.6.5, 6.6.6, 6.6.7

DIN V 18 998:2002-11, Abschnitt 5

(P) Rissfüllstoff mit reaktivem Polymerbindemittel (H) Rissfüllstoff mit hydraulischem Bindemittel

angegebener Wert Riss: min. 20 min bei einkomponentiger Verarbeitung Hohlrauminjektion (H): mind. 180 min Zugfestigkeit >3 N/mm² innerhalb von 72 h bei der Mindestverwendungstemperatur oder innerhalb von 10 h bei der Mindestverwendungstemperatur bei täglichen Rissbreitenänderungen von mehr als 10 % oder 0,03 mm (der niedrigere Wert ist maßgebend) angegebener Wert

Verringerung der Haftzugfestigkeit um weniger als 30 % des Ausgangswertes (H); Kohäsives Versagen im Beton (P) Verringerung der Haftzugfestigkeit um weniger als 30 % des Ausgangswertes (H); Kohäsives Versagen im Beton (P) ƒck(7 d)20 N/mm²

P: Kohäsives Versagen im Beton Füllgrad > 80 % H: Lastaufnahme angegebener Wert füllgrad > 80 % Stromdichte  10 μA/cm² nach einer Stunde

393

11.1 Tabellen

Tab. 11.9: Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für Rissfüllstoffe zum dehnfähigen Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen (H: Hydraulisches Bindemittel, P: Polymeres Bindemittel) nach DIN V 18 028:2006 Leistungsmerkmale/ Identitätseigenschaften

Prüfverfahren nach

Anforderung/Klassen

Haftung und Dehnbarkeit von dehnbaren Rissfüllstoffen (P)

DIN EN 12 618-1

Haftung: angegebener Wert Dehnung > 10 %

Wasserdichtheit (P)

DIN EN 14 068

D1: wasserdicht bei 2 x 105 Pa

Glasübergangstemperatur (P)

DIN EN 12 614

angegebener Wert

Injektionsfähigkeit bei trockenem Medium Rissbreiten: 0,1 mm-0,2 mm-0,3 mm Bestimmung der Injektionsfähigkeit (P)

DIN EN 1771

Injektionsfähigkeitsklassen: 0,1; 0,2; 0,3

Rissbreiten: 0,5 mm bis 0,8 mm oder wenn DIN EN 1771 nicht anwendbar ist

abgedeckt durch: Injektion zwischen Betonkörpern DIN EN 12 618-2:2002-04, 4.3 bis 4.6 Bei den Rissbreiten 0,3 mm bis 0,5 mm und 0,8 mm müssen inerte flexible Abstandshalter aus Kunststoff mit einer Weite von jeweils 0,3 mm bis 0,5 mm und 0,8 mm verwendet werden.

Füllgrad > 90 %

Injektionsfähigkeit in nicht trockenem Medium Rissbreiten: 0,1 mm-0,2 mm-0,3 mm Bestimmung der Injektionsfähigkeit (P)

DIN EN 1771

Injektionsfähigkeitsklassen: 0,1; 0,2; 0,3

Rissbreiten: 0,5 mm bis 0,8 mm oder wenn DIN EN 1771 nicht anwendbar ist

abgedeckt durch: Injektion zwischen Betonkörpern DIN EN 12 618-2:2002-04, 4.3 bis 4.6 Bei den Rissbreiten 0,3 mm bis 0,5 mm und 0,8 mm müssen inerte flexible Abstandshalter aus Kunststoff mit einer Weite von jeweils 0,3 mm bis 0,5 mm und 0,8 mm verwendet werden.

Füllgrad > 90 %

Viskosität (P)

DIN EN ISO 3219

angegebener Wert

Verarbeitbarkeitsdauer (P)

DIN EN ISO 9514:1994-10 Topfzeit: siehe DIN EN 1054-5, Tabelle 2a

angegebener Wert (Riss: mindestens 20 min bei einkomponentiger Verarbeitung

11

394

11 Anhang

Leistungsmerkmale/ Identitätseigenschaften

Prüfverfahren nach

Anforderung/Klassen

Verträglichkeit mit Beton (P) (und Verträglichkeit mit Wasser)

DIN EN 12 637-1

kein Versagen bei Druckprüfung; Verlust des Formänderungsvermögens < 20 %

Wasserdichtheit (P)a

DIN EN 14 068

D2: wasserdicht bei 7 x 105 Pa

Dauerhaftigkeitb Haftung und Dehnung nach Temperatur-WechselBeanspruchung und NassTrocken-Zyklen

DIN EN 12 618-1 und DIN EN 13 687-3 (siehe EN 1504-5:2005-03, Anhang B, Tabelle B.1)

Haftung: Haftungsverlust geringer als 20 % des Ausgangswertes Dehnung > 10 %

Auswirkung auf polymere Einlagenc

DIN EN 12 637-3 (siehe DIN EN 1504-5:2005-03 Tabelle B1)

Nach 70 Tagen müssen die Dehnbarkeitsänderungen geringer als 20 % des Ausgangswertes sein

PUR: Injektionsverhalten in Betonbauteilen dehnungsabhängige Dichtheit und Füllgrad

Instandsetzungs-Richtlinie, Teil 4, 6.4.3 Prüfart 2, Balken 1, 6.4.5 und 6.4.6

Überlastungsversuch: wasserdicht bei Dehnung > 10 % Füllgrad > 80 %

SPUR mit PUR: Injektionsverhalten in Betonbauteilend dehnungsabhängige Dichtheit und Füllgrad

Instandsetzungs-Richtlinie, Teil 4, 6.4.3 Prüfart 2, Balken 2, 6.4.5 und 6.4.6

Überlastungsversuch: wasserdicht bei Dehnung > 10 % Füllgrad > 80 %

SPUR: Dichte

DIN EN ISO 2811-1 oder DIN EN ISO 2811-2

angegebener Wert

SPUR: Infrarotspektrum

DIN EN 1767

—

SPUR: Isocyanatgehalt

DIN EN 1242

angegebener Wert

Aminzahl

DIN EN 1877-2

angegebener Wert

Säurezahl

DIN EN ISO 2114

angegebener Wert

Hydroxylzahl

DIN EN 1240

angegebener Wert

SPUR: Ausdehnungsverhältnis und –entwicklung

DIN EN 14406

angegebener Wert

SPUR: Funktionelle Gruppe

11

(P)

Rissfüllstoff mit reaktivem Polymerbindemittel: PUR: Polyurethan; SPUR: Polyurethanschaum

a

Bei Einsatz in Bauteilen, die Wasserdrücken > 2 x 105 Pa ausgesetzt sind.

b

Bei Einsatz in Bauteilen, die Temperatur-Wechsel-Beanspruchungen und Nass-TrockenZyklen ausgesetzt sind.

c

Bei Einsatz in Bauteilen in Kontakt mit polymeren Einlagen.

d

Bei Einsatz von SPUR in einer Vorinjektion bei unter Druck wasserführenden Rissen zur Verminderung der Wasserzufuhr.

395

11.1 Tabellen

Tab. 11.10:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für Rissfüllstoffe zum quellfähigen Füllen von Rissen, Hohlräumen und Fehlstellen (H: Hydraulisches Bindemittel, P: Polymeres Bindemittel) nach DIN EN 1504-5:2004

Leistungsmerkmale

Prüfverfahren

Anforderungen

Wasserdichtheit (P)

EN 14 068

wasserdicht bei 2x105 Pa

Das in EN 14 068 beschriebene Prüfverfahren muss mit 500 Zyklen von Druckänderungen vervollständigt werden, jeder Zyklus besteht aus:

besondere Anwendung: wasserdicht bei 7x105 Pa

−

15 min bei 75 % des Höchstdruckes

−

15 min bei 25 % des Höchstdruckes.

Nachdem der angegebene Höchstdruck wie in EN 14 068 beschrieben für 7 Tage aufgebracht wurde, muss er auf 50 % des angegebenen Höchstdruckes abgesenkt und für 2 h beibehalten werden, bevor die Zyklen beginnen. Korrosionsverhalten (P)

Bis zum Vorliegen einer anerkannten Europäischen Norm müssen die am Einsatzort geltenden nationalen Regelungen angewendet werden.

Es darf kein Stoff in Mengen vorhanden sein, die eine Korrosion der Stahlbewehrung verursachen könnten.

Verarbeitbarkeit – Viskosität (P)

EN ISO 3219

 60 mPa x s

Sofern EN ISO 3219 nicht anwendbar ist, gilt EN 12 618-2. Bei den Rissbreiten 0,3 mm - 0,5 mm und 0,8 mm müssen inerte flexible Abstandshalter aus Kunststoff mit einer Weite von jeweils 0,3 mm – 0,5 mm und 0,8 mm verwendet werden.

Füllgrad > 95

Dehnungsverhältnis und – entwicklung durch Wasseraufnahme

EN 14 498

angegebener Wert

Verarbeitbarkeitsdauer (P)

EN ISO 9514

angegebener Wert

Empfindlichkeit gegenüber Wasser: Dehnungsverhältnis, hervorgerufen durch Wasseraufnahme

EN 14 498

Beim Eintauchen in Wasser muss das Dehnungsverhältnis ein konstantes Niveau erreichen.

Volumen und Masseänderungen durch Lufttrocknung und Wasserlagerung (P)

abgedeckt durch: Volumenund Masseänderungen durch Lufttrocknung und Wasserlagerung (P)

(Konditionierung Bereich A)

11

396

11 Anhang

Leistungsmerkmale

Prüfverfahren

Anforderungen

Empfindlichkeit gegenüber Nass-Trocken-Zyklen

EN 14 498

Nach den Nass-TrockenZyklen ist keine Veränderungen des Dehnungsverhältnisses nach Eintauchen in Wasser zulässig.

(Konditionierung Bereich B)

abgedeckt durch: Volumenund Masseänderungen durch Lufttrocknung und Wasserlagerung (P) Verträglichkeit mit Beton (P)

Diese Prüfung wird mit Probekörpern nach 6.2 und 7.3.1 der EN 12 637-1 durchgeführt. Probe: 6 Probekörper mit einer Dicke von jeweils 15 mm. Konditionierung: 3 Probekörper sind in Leitungswasser und 3 Probekörper in 1molarer KOH-Lösung zu konditionieren.

(P) mit reaktivem Polymerbindemittel zubereiteter Rissfüllstoff.

11

Die Festigkeitseigenschaften dürfen um nicht mehr als 20 % von denen der in Wasser getauchten Probekörpern abweichen. Die Festigkeitseigenschaften werden gemessen, indem mit einem konischen Stempel (ø 20 mm, Winkel 60°) mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min eine Drucklast aufgebracht wird. Die Last/Verformungskurve wird aufgezeichnet.

397

11.1 Tabellen

11.1.3 Oberflächenschutzsysteme Anforderungen nach DIN V 18 026:2006 und DIN EN 1504-2:2005 Tab. 11.11:

Identitätsprüfungen mit Angabe des Prüfverfahrens, der zulässigen Abweichung & der in Deutschland notwendigen Häufigkeit nach DIN V 18 026:2006

Identitätseigenschaften

Prüfverfahren nach

zulässige Abweichung

Häufigkeit

Sichtprüfung

Keine Hinweise auf Abweichungen der Zusammensetzung

je Charge

±3%

je Charge

Bestandteile Allgemeines Erscheinungsbild und Farbe Dichte −

PyknometerVerfahren

DIN EN ISO 2811-1

−

TauchkörperVerfahren

DIN EN ISO 2811-2

Infrarotspektrum

DIN EN 1767

Keine Hinweise auf Abweichungen der Zusammensetzung

1mal/Jahr

Epoxid-Äquivalent

DIN EN 1877-1

±5%

1mal/Jahr

Aminzahl

DIN EN 1877-2

±6%

1mal/Jahr

Hydroxylzahl

DIN EN 1240

± 10 %

1mal/Jahr

Isocyanatgehalt

DIN EN 1242

± 10 %

1mal/Jahr

Flüchtige und nichtflüchtige Anteilea

DIN EN ISO 3251

±5%

B, c

Aschegehalta

DIN EN ISO 3451-1

±5%

B

Thermogravimetrie

DIN EN ISO 11 358

Keine Hinweise auf Abweichungen der Zusammensetzung

1mal/Jahr

± 5 % bezüglich des Masseverlustes bei 600 °C Auslaufzeit

DIN EN ISO 2431

± 15 %

je Charge

Viskosität

DIN EN ISO 3219

± 20 %

je Charge

Korngrößenverteilung der trockenen Bestandteile

DIN EN 12 192-1

> 2 mm: ± 6 % absolut

Je Charge (Polymer/ Zementgemisch: 1 mal/Jahr

0,063 - 2 mm: ± 4 % absolut < 0,063 mm: ± 2 % absolut Feinspachtel: Prüfkorngröße  0,125 mm: ± 5 % absolut (jeweils bzg. auf die Sieblinie

11

398

11 Anhang

Identitätseigenschaften

Prüfverfahren nach

zulässige Abweichung

Häufigkeit

Oberfläche -trockenGlasperlenverfahren

DIN EN ISO 1517

± 10 %

B

Identitätseigenschaften

Prüfverfahren nach

zulässige Abweichung

Häufigkeit

Topfzeit

DIN EN ISO 9514

± 15 %

je Charge

Entwicklung der Shorehärte A bzw. D nach 1,3 und 7 Tagen

DIN EN ISO 868

± 3 % Einheiten je Shorehärte A oder D nach 7 Tagen

B

Konsistenz Luftgehalt Rohdichte

Ausbreitmaß: ± 15 % oder 20 mm ± 2 % absolut ±5%

Feinspachtel:

VerarbeitbarkeitFließverhalten

DIN EN 1015-3 DIN EN 1015-7 DIN EN 12 190 u. DIN EN 1015-6 DIN EN 13 395-2

± 15 %

Verarbeitbarkeitszeit (Ansteifungszeit)

DIN EN 13294

± 20 %

Polymer/Zementge misch:

Flüchtige und nichtflüchtige Anteileb

DIN EN ISO 3251

±5%

B

Aschegehaltb

DIN EN SIO 3451-1

±5%

2mal/Jahr

Frisches Gemisch

a

nur bei einkomponentigen Systemen

b

nur bei zweikomponentigen Systemen

je Charge

B

B Jeweils nach 10 Chargen, alle 2 Wochen oder nach 1000 Tagen, je nachdem welcher Punkt zuerst erreicht ist. c

bei Feinspachtel je Charge

Tab. 11.12:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für das Oberflächenschutzsystem OS 1 nach DIN V 18 026:2006

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

Masseverlust nach Frost-TausalzWechselbeanspruchung

DIN EN 13 581

Masseverlust nach 20 Zyklen später als bei nicht imprägnierter Probe

Eindringtiefe

DIN EN 1504-2: 2005, Tabelle 3

Klasse I:

Wasseraufnahme und Alkalibeständigkeit

DIN EN 13 580

Absorptionskoeffizient < 7,5 % im Vergleich mit unbehandelter Probe < 10 % in Alkalilösung

Koeffizient der Trocknungsgeschwindigkeit

DIN EN 13 579

Klasse I:

11

< 10 mm

Klasse II:  10 mm

> 30 %

Klasse II:  10 %

399

11.1 Tabellen

Tab. 11.13:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für die Oberflächenschutzsysteme OS 2 und OS 4 nach DIN V 18 026:2006

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

Gitterschnittprüfung

DIN ISO 2409 Schnittbreite: 4 mm

Gitterschnittwert:  GT 2

CO2-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-6

sD > 50 m

Wasserdampf-Durchlässigkeit

DIN EN ISO 7783-1 DIN EN ISO 7783-2

Klasse I:

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-3

w < 0,1 kg/(m²·h0,5)

Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit Für Anwendungen im Außenbereich unter Einfluss von Tausalzen: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) (10x)

sD < 5 m

Nach Temperaturwechselbeanspruchung DIN EN 13 687-2

a)

keine Risse, Blasen, Ablösungen

b)

Abreißversuch

 1,0 (0,7) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

und Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (50x)

DIN EN 13 687-1

Abreißversuch

DIN EN 1542

 1,0 (0,7) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

Brandverhalten nach Aufbringen

DIN EN 13 501-1

Mindestanforderung: Klasse E-d2

Künstliche Bewitterung nach DIN EN 1062-11:2002-10, 4.2 (UV-Bestrahlung und Feuchte), nur bei Anwendung im Außenbereich

DIN EN 1062-11: 2002-10, 4.2

Nach 2000 h künstlicher Bewitterung: keine Blasen, keine Risse, kein Abblättern

11

400

11 Anhang

Tab. 11.14:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für die Oberflächenschutzsysteme OS 5a und OS 5b nach DIN V 18 026:2006

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

Gitterschnittprüfung

DIN ISO 2409 Schnittbreite: 4 mm

Gitterschnittwert:  GT 2

CO2-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-6

sD > 50 m

Wasserdampf-Durchlässigkeit

DIN EN ISO 7783-1 DIN EN ISO 7783-2

Klasse I:

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-3

w < 0,1 kg/(m²·h0,5)

Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit Für Anwendungen im Außenbereich unter Einfluss von Tausalzen: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) (10x) und Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (50x) Rissüberbrückungsfähigkeit Im Anschluss an die Konditionierung nach DIN EN 1062-11:202-10,

sD < 5 m

Nach Temperaturwechselbeanspruchung DIN EN 13 687-2

a) keine Risse, Blasen, Ablösungen b) Abreißversuch:  0,8 (0,5) N/mm²

DIN EN 13 687-1

Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

DIN EN 1062-7

Rissüberbrückungsfähigkeit B2 (-20 °C)

Abreißversuch

DIN EN 1542

 0,8 (0,5) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

Brandverhalten nach Aufbringen

DIN EN 13 501-1

Mindestanforderung: Klasse E-d2

Künstliche Bewitterung nach DIN EN 1062-11:2002-10, 4.2 (UV-Bestrahlung und Feuchte), nur bei Anwendung im Außenbereich

DIN EN 1062-11: 2002-10, 4.2

Nach 2000 h künstlicher Bewitterung:

4.1: 7 Tage bei 70 °C für Reaktionsharzsysteme 4.2: UV-Bestrahlung und Feuchte bei Dispersionssystemen

11

keine Blasen, keine Risse, kein Abblättern

401

11.1 Tabellen

Tab. 11.15:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für das Oberflächenschutzsystem OS 8 nach DIN V 18 026:2006

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

Lineares Schrumpfen

DIN EN 12 617-1

 0,3 %

Druckfestigkeit

DIN EN 12 190

Klasse I:  35 N/mm²

Abriebfestigkeit

DIN EN ISO 5470-1

Masseverlust weniger als 3000 mg, Reibrad: H22/1000 Zyklen/Last: 1000 g Zusätzlich müssen die Anforderungen der EN 13 813 erfüllt sein.

CO2-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-6

sD > 50 m

Wasserdampf-Durchlässigkeit

DIN EN ISO 7783-1 DIN EN ISO 7783-2

Klasse I: sD < 5 m Klasse II: 5 m  sD  50 m Klasse III: sD > 50 m

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-3

w < 0,1 kg/(m²·h0,5)

Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (20x) Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit Für Anwendungen im Außenbereich unter Einfluss von Tausalzen: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) (10x) und Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (50x)

DIN EN 13 687-3

DIN EN 13 687-2

Nach Temperaturwechselbeanspruchung a) keine Risse, Blasen, Ablösungen b) Abreißversuch:  2,0 (1,5) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

DIN EN 13 687-1

Widerstandsfähigkeit gegen starken chemischen Angriff Klasse I: 3 d ohne Druck Prüfflüssigkeiten: Gruppen 1, 3 und 10 nach DIN EN 13 529

24 h nach der Entnahme der Beschichtung aus der Prüfflüssigkeit Verringerung der Härte um weniger als 50 % bei Messung nach dem Eindruckversuch nach Buchholz, DIN EN ISO 2815, oder Shore-Härte, DIN EN ISO 868

DIN EN 13 529

Schlagfestigkeit

DIN ISO 6272-2

Nach der Belastung keine Risse und kein Abblättern Klasse I:  4 Nm

Abreißversuch

DIN EN 1542

 2,0 (1,5) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

Brandverhalten nach Aufbringen

DIN EN 13 501-1

Mindestanforderung: Klasse Efl

Griffigkeit/Rutschfestigkeit

DIN EN 13 036-4

Klasse III: > 55 im nassen Zustand geprüfte Einheiten (außen)

11

402

11 Anhang

Tab. 11.16:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für das Oberflächenschutzsystem OS 9 nach DIN V 18 026:2006

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

CO2-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-6

sD > 50 m

Wasserdampf-Durchlässigkeit

DIN EN 7783-1 DIN EN 7783-2

Klasse I: sD < 5 m Klasse II: 5 m  sD  50 m Klasse III: sD > 50 m

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

ISO ISO

DIN EN 1062-3

w < 0,1 kg/(m²·h0,5)

DIN EN 13 687-2

Nach Temperaturwechselbeanspruchung

Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit Für Anwendungen im Außenbereich unter Einfluss von Tausalzen: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) (10x) und Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (50x)

DIN EN 13 687-1

a) keine Risse, Blasen, Ablösungen b) Abreißversuch  1,5 (1,0) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

Rissüberbrückungsfähigkeit Im Anschluss an die Konditionierung nach EN 1062-11:2002-10, 4.1: 7 Tage bei 70 °C für Reaktionsharzsysteme

DIN EN 1062-7

Rissüberbrückungsfähigkeit B 3.2 (-20 °C)

Abreißversuch

DIN EN 1542

 1,5 (1,0) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

Brandverhalten nach Aufbringen

DIN EN 13 501-1

Mindestanforderung: Klasse E-d2

4.2: UV-Bestrahlung und Feuchte bei Dispersionssystemen

11

403

11.1 Tabellen

Tab. 11.17:

Leistungsmerkmale, Prüfverfahren und Anforderungen für die Oberflächenschutzsysteme OS 11 und OS 13 nach DIN V 18 026:2006

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

Abriebfestigkeit

DIN EN ISO 5470-1

Masseverlust weniger als 3000 mg, Reibrad: H22/1000 Zyklen/Last: 1000 g Zusätzlich müssen die Anforderungen der EN 13 813 erfüllt sein.

CO2-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-6

sD > 50 m

Wasserdampf-Durchlässigkeit

DIN EN ISO 7783-1 DIN EN ISO 7783-2

Klasse I: sD < 5 m Klasse II: 5 m  sD  50 m Klasse III: sD > 50 m

Kapillare Wasseraufnahme und Wasser-Durchlässigkeit

DIN EN 1062-3

w < 0,1 kg/(m²·h0,5)

DIN EN 13 687-2

Nach Temperaturwechselbeanspruchung

Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit (nur für OS 11) Für Anwendungen im Außenbereich unter Einfluss von Tausalzen: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock) (10x) und Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (50x) Haftfestigkeit nach Prüfung auf Temperaturwechselverträglichkeit (nur für OS 13) Frost-Tau-Wechselbeanspruchung mit Tausalzangriff (20x) Widerstandsfähigkeit gegen starken chemischen Angriff Klasse I: 3 d ohne Druck

a) keine Risse, Blasen, Ablösungen

DIN EN 13 687-1

DIN EN 13 687-3

DIN EN 13 529

Prüfflüssigkeiten: Gruppen 1, 3 und 10 nach DIN EN 13 529 Rissüberbrückungsfähigkeit Im Anschluss an die Konditionierung nach EN 106211:2002-10,

DIN EN 1062-7

4.1: 7 Tage bei 70 °C für Reaktionsharzsysteme Schlagfestigkeit

b) Abreißversuch:  1,5 (1,0) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

DIN ISO 6272-2

24 h nach der Entnahme der Beschichtung aus der Prüfflüssigkeit Verringerung der Härte um weniger als 50 % bei Messung nach dem Eindruckversuch nach Buchholz, DIN EN ISO 2815, oder Shore-Härte, DIN EN ISO 868

Rissüberbrückungsfähigkeit OS 11: B 3.2 (-20 °C) OS 13: A 1 (-10 °C) Nach der Belastung keine Risse und kein Abblättern Klasse I:  4 Nm

11

404

11

11 Anhang

Leistungsmerkmale nach DIN EN 1504-2

Prüfverfahren nach

Anforderung

Abreißversuch

DIN EN 1542

 1,5 (1,0) N/mm² Der Wert in Klammern ist der kleinste zulässige Wert jeder Ablesung.

Brandverhalten nach Aufbringen

DIN EN 13 501-1

Mindestanforderung: Klasse Efl

Griffigkeit/Rutschfestigkeit

DIN EN 13 036-4

Klasse III: > 55 im nassen Zustand geprüfte Einheiten (außen)

11.2 Begriffe und Abkürzungen

405

11.2 Begriffe und Abkürzungen AY BES BMVBS BPR C CC CFK Cl COOH CR DETA Dmax DVWG E-Modul EP EPDM ESD F H HDI hwO I IPDA IPDI k/z M.-% MDI MFT N NBR O OH OS-System PC PCC

Acrylharze Betonersatzsystem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bauproduktenrichtlinie Kohlenstoff Zementmörtel Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff Chlor Carboxylgruppe Polychloropren-Kautschuk Diethylentriamin Größtkorn der Gesteinskörnung Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches Elastizitätsmodul Epoxidharze Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk Electro Static Discharge Fluor Wasserstoff Hexamethylendiisocyanat Hauptsächlich wirksame Oberflächenschutzschicht Injektion Isophorondiamin Isophorondiisocyanat Kunststoff-Zement-Wert Massenprozent Diphenylmethandiisocyanat Mindestfilmbildetemperatur Stickstoff Nitrilkautschuk Sauerstoff Hydroxylgruppe Oberflächenschutzsystem Reaktionsharzgebundener Mörtel Kunststoffmodifizierter, zementgebundener Mörtel bzw. Beton

11

406

11 Anhang

PE PF PMMA PUR PVC-P QS RL-SIB S SAN SBR SI SPCC SPUR T TDI TETA Tg TG Tm TZ w/z WPK ZL ZS ZTV-ING

11

Polyethylen Phenolharz Polymethylmethacrylat Polyurethane Polyvinylchlorid weich Qualitätssicherung Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton DAfStb (Instandsetzungsrichtlinie) Schwefel Styrol-Acrylnitril Styrol-Butadien-Kautschuk Silikon Kunststoffmodifizierter, zementgebundener Mörtel bzw. Beton, der im Spritzverfahren aufgebracht wird Polyurethanschaum Tränkung Toluol-2,4-diisocyanat Triethylentetraamin Glasübergangstemperatur Thermogravimetrie Kristallitschmelztemperatur Zersetzungstemperatur Wasser-Zement-Wert Werkseigene Produktionskontrolle Zementleim Zementsuspension Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten des Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS)

407

11.3 Normen

11.3 Normen DIN 1045 DIN 1048-2: 07.91 DIN 1048-5: 06.91 DIN 1164-10: 08.04

DIN 1164-11: 11.03

DIN 1164-12: 05.05

DIN 1164-31: 03.90

DIN 4226-100:02.02 DIN 7865-1: 02.08 DIN 7865-2: 02.08 DIN 13 310: 08.82 DIN 18 195-5: 08.00

DIN 18 540: 12.06 DIN 18 541-1: 09.06

DIN 18 541-2: 09.06

DIN 18 551: 01.05 DIN 18551:11.07 Entwurf

Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Prüfverfahren für Beton. Festbeton in Bauwerken und Bauteilen Prüfverfahren für Beton. Festbeton, gesondert hergestellte Probekörper Zement mit besonderen Eigenschaften. Teil 10: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Normalzement mit besonderen Eigenschaften Zement mit besonderen Eigenschaften. Teil 11: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Zement mit verkürztem Erstarren Zement mit besonderen Eigenschaften. Teil 12: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Zement mit einem erhöhten Anteil an organischen Bestandteilen Portland, Eisenportland-, Hochofen- und Traßzement. Bestimmung des Hüttensandanteils von Eisenportland- und Hochofenzement und des Traßanteils von Traßzement Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel. Teil 100: Rezyklierte Gesteinskörnungen Elastomer–Fugenbänder zur Abdichtung von Fugen in Beton. Teil 1: Formen und Maße Elastomer–Fugenbänder zur Abdichtung von Fugen in Beton. Teil 2: Werkstoff–Anforderungen und Prüfung Grenzflächenspannung bei Fluiden. Begriffe, Größen, Formelzeichen, Einheiten Bauwerksabdichtungen. Teil 5: Abdichtungen gegen nichtdrückendes Wasser auf Deckenflächen und in Nassräumen, Bemessung und Ausführung Abdichten von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen Fugenbänder aus thermoplastischen Kunststoffen zur Abdichtung von Fugen in Ortbeton. Teil 1: Begriffe, Formen, Maße, Kennzeichnung Fugenbänder aus thermoplastischen Kunststoffen zur Abdichtung von Fugen in Ortbeton. Teil 2: Anforderungen an die Werkstoffe, Prüfung und Überwachung Spritzbeton. Anforderungen, Herstellung, Bemessung und Konformität Spritzbeton: Nationale Anwendungsregeln zur Reihe DIN EN 14487 und Regeln zur Bemessung von Spritzbetonkonstruktionen

11

408

11 Anhang

DIN 18555-2: 09.82

DIN 28 052-4: 12.95

DIN 28 052-5: 04.97

DIN 28 052-6: 08. 01

DIN 66 133: 06.93 DIN V 18 026: 06.06 DIN V 18 028: 06.06 DIN V 18 197: 10.05 DIN V 20 000: 04.04

DIN EN 196-2: 05.05 DIN EN 196-3: 05.05 DIN EN 197-1: 08.04 DIN EN 445: 10.05 Entwurf DIN EN 1015-17 01.05

DIN EN 1015-3: 05.07 DIN EN 1015-4: 12.98

11

DIN EN 1015-6: 05.07 DIN EN 1015-7: 12.98

Prüfung von Mörteln mit mineralischen Bindemitteln. Teil 2: Frischmörtel mit dichten Zuschlägen: Bestimmung der Konsistenz, der Rohdichte und des Luftgehalts Chemischer Apparatebau. Oberflächenschutz mit nichtmineralischen Werkstoffen für Bauteile aus Beton in verfahrenstechnischen Anlagen. Teil 4: Auskleidungen Chemischer Apparatebau. Oberflächenschutz mit nichtmineralischen Werkstoffen für Bauteile aus Beton in verfahrenstechnischen Anlagen. Teil 5: Kombinierte Beläge Chemischer Apparatebau. Oberflächenschutz mit nichtmineralischen Werkstoffen für Bauteile aus Beton in verfahrenstechnischen Anlagen. Teil 6: Eignungsnachweis und Prüfungen. Bestimmung der Porenvolumenverteilung und der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Quecksilberintrusion Oberflächenschutzsysteme für Beton aus Produkten nach DIN EN 1504-2: 2005-01 Rissfüllstoffe nach DIN EN 1504-5: 2005-03 mit besonderen Eigenschaften Abdichten von Fugen in Beton mit Fugenbändern Anwendung von Bauprodukten in Bauwerken. Teil 103: Gesteinskörnungen nach DIN EN 12 620:2003-04 Teil 104: Leichte Gesteinskörnungen nach DIN EN 13 055-1:2002-08 Prüfverfahren für Zement. Teil2: Chemische Analyse von Zement Prüfverfahren für Zement. Teil 3: Bestimmung der Erstarrungszeiten und der Raumbeständigkeit Zement. Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement Einpressmörtel für Spannglieder. Prüfverfahren Prüfverfahren für Mörtel und Mauerwerk. Teil 17: Bestimmung des Gehalts an wasserlöslichem Chlorid von Frischmörtel Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk. Teil 3: Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel (mit Ausbreittisch) Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk. Teil 4: Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel ( mit Eindringgerät) Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk. Teil 6: Bestimmung der Rohdichte von Frischmörtel Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk. Teil 7: Bestimmung des Luftgehaltes von Frischmörtel

409

11.3 Normen

DIN EN 1062-11: 10.02

DIN EN 1062-6: 10.02

DIN EN 1062-7: 08.04

DIN EN 1081: 04.98 DIN EN 1240: 05.98 DIN EN 1242: 01.06 DIN EN 1504-1: 10.05

DIN EN 1504-2: 01.05

DIN EN 1504-3: 03.06

DIN EN 1504-4: 02.05

DIN EN 1504-5: 03.05

DIN EN 1504-6: 11.06

DIN EN 1504-7: 11.06

Beschichtungsstoffe. Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 11: Verfahren zur Konditionierung vor der Prüfung Beschichtungsstoffe. Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 6: Bestimmung der KohlenstoffdioxidDiffusionsstromdichte (Permeabilität) Beschichtungsstoffe. Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich. Teil 7: Bestimmung der rissüberbrückenden Eigenschaften Elastische Bodenbeläge. Bestimmung des elektrischen Widerstandes Klebstoffe. Bestimmung der Hydroxylzahl und/oder des Hydroxylgehaltes Klebstoffe. Bestimmung des Isocyanatgehaltes Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 1: Definitionen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 2: Oberflächenschutzsysteme für Beton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 3: Statisch und nicht statisch relevante Instandsetzung Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 4: Kleber für Bauzwecke Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 5: Injektion von Betonbauteilen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 6: Verankerung von Bewehrungsstäben Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 7: Korrosionsschutz der Bewehrung

11

410

11 Anhang

DIN EN 1504-8: 02.05

DIN EN 1504-10: 05.04

DIN EN 1542: 07.99

DIN EN 1543: 02.98

DIN EN 1544: 01.07

DIN EN 1766: 03.00

DIN EN 1767: 09.99 DIN EN 1771: 11.04 zzgl. Berichtigung 04.06 DIN EN 1799: 03.99

DIN EN 1877-1: 12.00

DIN EN 1877-2: 12.00

DIN EN 1881: 01.07

11 DIN EN 12 188: 07.99

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 8: Qualitätsüberwachung und Beurteilung der Konformität Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Definitionen, Anforderungen, Güteüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 10: Anwendung von Stoffen und Systemen auf der Baustelle, Qualitätsüberwachung der Ausführung Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Messung der Haftfestigkeit im Abreißversuch Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Zugfestigkeitsentwicklung von Polymeren Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Kriechverhaltens von für die Verankerung von Bewehrungsstäben verwendeten Kunstharzprodukten (PC) bei Dauerzuglast Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Referenzbetone für Prüfungen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Infrarotanalyse Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Injektionsfähigkeit durch Injektion in eine Sandsäule Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Prüfungen der Eignung von Klebern für die Anwendung auf Betonoberflächen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren; Reaktive, funktionelle Gruppen von Epoxidharzen. Teil 1: Bestimmung des EpoxidÄquivalents Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren; Reaktive, funktionelle Gruppen von Epoxidharzen. Teil 2: Bestimmung der Aminzahl anhand des Totalbasizitätsgrades Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Prüfung von Verankerungsprodukten mit der Ausziehprüfung Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Klebewirkung an Stahl für die Charakterisierung der Eigenschaften von Klebstoffen für konstruktive Zwecke

411

11.3 Normen

DIN EN 12 189: 07.99

DIN EN 12 190: 12.98

DIN EN 12 192-1: 09.02

DIN EN 12 192-2: 07.99

DIN EN 12 390-3: 04.02 DIN EN 12 504-1: 09.00 DIN EN 12 504-2: 12.01 DIN EN 12 504-3: 07.05 DIN EN 12 504-4: 12.04 DIN EN 12 614: 01.05

DIN EN 12 615: 08.99

DIN EN 12 617-1: 11.03

DIN EN 12 617-2: 11.04

DIN EN 12 617-3: 08.02

DIN EN 12 617-4: 08.02

DIN EN 12 618-1: 11.03

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Offenzeit Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Druckfestigkeit von Reparaturmörteln Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Korngrößenverteilung. Teil 1: Prüfverfahren für Trockenkomponenten von Fertigmörtel Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Kornanalyse. Teil 2: Prüfverfahren für Füllstoffe für Polymerklebstoffe Prüfung von Festbeton. Teil 3: Druckfestigkeit von Probekörpern Prüfung von Beton in Bauwerken. Teil 1: Bohrkernpoben – Herstellung, Untersuchung und Prüfung unter Druck Prüfung von Beton in Bauwerken. Teil 2: Zerstörungsfreie Prüfung – Bestimmung der Rückprallzahl Prüfung von Beton in Bauwerken. Teil 3: Bestimmung der Ausziehkraft Prüfung von Beton in Bauwerken. Teil 4: Bestimmung der Ultraschallgeschwindigkeit Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Glasübergangstemperatur von Polymeren Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Druckscherfestigkeit Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 1: Bestimmung des linearen Schrumpfens von Polymeren und Oberflächenschutzsystemen (OS) Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 2: Schrumpfung von polymeren Rissfüllstoffen: Volumetrische Schrumpfung Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 3: Bestimmung des zeitlichen Verlaufs des linearen Schrumpfens von Klebstoffen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 4: Bestimmung des Schwindens und Quellens Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 1: Haftung und Dehnung flexibler Füllgüter für Risse

11

412

11 Anhang

DIN EN 12 618-2: 11.04

DIN EN 12 618-3: 11.04

DIN EN 12 620: 04.03 DIN EN 12 636: 08.99

DIN EN 12 637-1: 11.04

DIN EN 12 637-3: 03.04

DIN EN 12 696: 06.00 DIN EN 13 036-4: 12.03

DIN EN 13 057: 09.02

DIN EN 13 062: 09.03

DIN EN 13 294: 09.02

DIN EN 13 295: 08.04

DIN EN 13 395-1: 09.02

11

DIN EN 13 395-2: 09.02

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 2: Bestimmung der Haftzugfestigkeit von Rissfüllstoffen mit oder ohne thermische Behandlung. Haftzugfestigkeit Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Teil 2: Bestimmung der Haftzugfestigkeit von Rissfüllstoffen mit oder ohne thermische Behandlung. Schrägscherfestigkeit Gesteinskörnungen von Beton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Verbundwirkung Beton-Beton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Verträglichkeit von Rissfüllstoffen. Teil 1: Verträglichkeit mit Beton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Verträglichkeit von Rissfüllstoffen. Teil 3: Einwirkung von Rissfüllstoffen aus Kunststoff im Beton Kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton. Oberflächeneigenschaften von Straßen und Flugplätzen. Prüfverfahren. Teil 4: Verfahren zur Messung der Griffigkeit von Oberflächen: Pendeltest Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Ablaufneigung von Produkten für den Schutz der Bewehrung Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Verarbeitbarkeitszeit Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Karbonatisierungswiderstands Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Verarbeitbarkeit. Teil 1: Prüfung des Fließverhaltens von thixotropem Mörtel Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Verarbeitbarkeit. Teil 2: Prüfung des Fließverhaltens von Vergussmörtel, Feinmörtel oder Mörtel

413

11.3 Normen

DIN EN 13 395-3: 09.02

DIN EN 13 395-4: 09.02

DIN EN 13 396: 09.04

DIN EN 13 412: 11.06

DIN EN 13 501-1: 05.07

DIN EN 13 529: 12.03

DIN EN 13 578: 03.04

DIN EN 13 579: 12.02

DIN EN 13 580: 12.02

DIN EN 13 581: 12.02

DIN EN 13 584: 11.03

DIN EN 13 687-1: 05.02

DIN EN 13 687-2: 05.02

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Verarbeitbarkeit. Teil 3: Prüfung des Fließverhaltens von Instandsetzungsbeton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Verarbeitbarkeit. Teil 4: Überkopfanwendung von Instandsetzungsmörtel Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Messung des Eindringens von Chloridionen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Elastizitäsmoduls im Druckversuch Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Widerstand gegen starken chemischen Angriff Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Verträglichkeit zwischen Beschichtung und wassergesättigtem, oberflächentrockenem Beton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Trocknungsprüfung für hydrophobierende Imprägnierungen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Wasseraufnahme und Alkalibeständigkeit für hydrophobierende Imprägnierungen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Masseverlustes von hydrophobiertem Beton nach der Beanspruchung durch Frost-Tausalz-Wechsel Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Kriechens von Betonersatzsystemen im Druckversuch Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 1: Frost-TauWechselbeanspruchung mit Tausalzangriff Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 2: Gewitterregenbeanspruchung (Temperaturschock)

11

414

11 Anhang

DIN EN 13 687-3: 05.02

DIN EN 13 687-4: 05.02

DIN EN 13 687-5: 05.02

DIN EN 13 733: 09.02

DIN EN 13 755: 03.02 DIN EN 13 791: 07.06 Entwurf DIN EN 13823: 06.02

DIN EN 13 894-1: 01.04

DIN EN 13 894-2: 01.03

DIN EN 14 068: 03.04

DIN EN 14 117: 12.04

DIN EN 14 406: 12.04

11

DIN EN 14487-1: 03.06 DIN EN 14487-2: 01.07 DIN EN 14488-1 bis 7 DIN EN 14 497: 12.04

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 3: Temperaturwechselbeanspruchung ohne Tausalzangriff Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 4: Trockene Temperaturwechselbeanspruchung Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Temperaturwechselverträglichkeit. Teil 5: Widerstand gegen Temperaturschock Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Dauerhaftigkeit von Klebstoffen für konstruktive Zwecke Prüfverfahren für Naturstein. Bestimmung der Wasseraufnahme unter atmosphärischem Druck Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken oder in Bauwerksteilen Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten - Thermische Beanspruchung durch einen einzelnen brennenden Gegenstand für Bauprodukte mit Ausnahme von Bodenbelägen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Dauerschwingfestigkeit unter dynamischer Belastung Teil 1 Während des Aushärtens Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Ermüdungsverhaltens bei dynamischer Belastung Teil 2: Nach dem Erhärten Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Wasserdichtheit von injizierten Rissen ohne Bewegung in Beton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Ausflusszeit von zementartigen Rissfüllstoffen Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Ausdehnungsverhältnisses und der Ausdehnungsentwicklung Spritzbeton. Teil 1: Begriffe, Festlegungen und Konformität Spritzbeton. Teil 2: Ausführung Prüfung von Spritzbeton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung der Eindringstabilität

415

11.3 Normen

DIN EN 14 498: 12.04

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Verträglichkeit von Rissfüllstoffen. Änderungen von Volumen und Gewicht nach Wechsel-Beanspruchung durch Trocknung an der Luft und Lagerung im Wasser

DIN EN 14 629: 06.07

Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Bestimmung des Chloridgehaltes in Festbeton Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Prüfung des Korrosionsschutzes Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken. Prüfverfahren. Haftzugfestigkeit zwischen beschichtetem Stahl und Beton (Ausziehversuch)

DIN EN 15 183: 11.06

DIN EN 15 184: 11.06

DIN EN 61 340-4-1: 12.04

DIN EN 61 340-4-5: 03.05

DIN EN 61 340-5-1: 08.01

DIN EN V 1504-9: 03.01

DIN EN ISO 178: 04.06 DIN EN ISO 527-1: 04.96 DIN EN ISO 527-2: 07.96 DIN EN ISO 868: 10.03 DIN EN ISO 1182: 07.02 DIN EN ISO 1517: 06.95 DIN EN ISO 1716: 07.02 DIN EN ISO 2409: 01.06 Entwurf DIN EN ISO 2431: 05.96 DIN EN ISO 2808: 05.07

Elektrostatik. Teil 4–1: Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen – Elektrischer Widerstand von Bodenbelägen und verlegten Fußböden Elektrostatik. Teil 4–5: Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen –Verfahren zur Charakterisierung der elektrostatischen Schutzwirkung von Schuhwerk und Boden in Kombination mit einer Person Elektrostatik. Teil 5–1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene. Allgemeine Anforderungen Definitionen, Anforderungen, Qualitätsüberwachung und Beurteilung der Konformität. Teil 9: Allgemeine Prinzipien für die Anwendung von Produkten und Systemen Kunststoffe, Bestimmung der Biegeeigenschaften Kunststoffe. Bestimmung der Zugeigenschaften. Teil 1: Allgemeine Grundsätze Kunststoffe. Bestimmung der Zugeigenschaften. Teil 2: Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen Kunststoffe und Hartgummi. Bestimmung der Eindruckhärte mit einem Durometer (Shore-Härte) Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten - Nichtbrennbarkeitsprüfung Lacke und Anstrichstoffe. Prüfung auf Oberflächentrocknung. Glasperlen-Verfahren Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten - Bestimmung der Verbrennungswärme Beschichtungsstoffe. Gitterschnittprüfung (ISO/DIS 2409:2005) Lacke und Anstrichstoffe. Bestimmung der Auslaufzeit mit Auslaufbechern Beschichtungsstoffe. Bestimmung der Schichtdicke

11

416

11 Anhang

DIN EN ISO 2811-1: 10.06 DIN EN ISO 2811-2: 02.02 DIN EN ISO 2812-1: 05.07

DIN EN ISO 3219: 10.94

DIN EN ISO 3251: 07.03 DIN EN ISO 3451-1: 08.06 DIN EN ISO 4628-1: 01.04

DIN EN ISO 4628-2: 01.04

DIN EN ISO 4628-3: 01.04

DIN EN ISO 4628-4: 01.04

DIN EN ISO 4628-5: 01.04

DIN EN ISO 4628-6: 07.05

11

DIN EN ISO 4628-7: 01.04

Beschichtungsstoffe. Bestimmung der Dichte. Teil 1: Pyknometer-Verfahren Beschichtungsstoffe. Bestimmung der Dichte. Teil 2: Tauchkörper-Verfahren Beschichtungsstoffe. Bestimmung der Beständigkeit gegen Flüssigkeiten. Teil 1: Eintauchen in Flüssigkeiten außer Wasser Kunststoffe. Polymere/Harze in flüssigem, emulgiertem oder dispergiertem Zustand. Bestimmung der Viskosität mit einem Rotationsviskosimeter bei definiertem Geschwindigkeitsgefälle Beschichtungsstoffe und Kunststoffe. Bestimmung des Gehaltes an nichtflüchtigen Anteilen Kunststoffe. Bestimmung der Asche. Teil 1: Allgemeine Grundlagen Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 1: Allgemeine Einführung und Bewertungssystem Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 2: Bewertung des Blasengrades Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 3: Bewertung des Rostgrades Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 4: Bewertung des Rissgrades Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 5: Bewertung des Abblätterungsgrades Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 6: Bewertung des Kreidungsgrades nach dem Klebebandverfahren Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 7: Bewertung des Kreidungsgrades nach dem Samtverfahren

417

11.4 Literatur

DIN EN ISO 4628-8: 05.05

DIN EN ISO 5470-1: 09.99

DIN EN ISO 6272-1: 08.04

DIN EN ISO 7783-1: 06.99

DIN EN ISO 7783-2: 04.99

DIN EN ISO 9239-1: 06.02

DIN EN ISO 9514: 07.05

DIN EN ISO 11 358:11.97 DIN EN ISO 11925-2:07.02 DIN EN ISO 12 570:1996-8 DIN EN ISO 12944-4:07.98

DIN EN ISO 15 148: 03.03 ISO 11 357-3: 03.99

ISO 13 320-1: 11.99

Beschichtungsstoffe. Beurteilung von Beschichtungsschäden. Bewertung der Menge und der Größe von Schäden und der Intensität von gleichmäßigen Veränderungen im Aussehen. Teil 8: Bewertung der von einem Ritz ausgehenden Enthaftung und Korrosion Mit Kautschuk oder Kunststoff beschichtete Textilien. Bestimmung des Abriebwiderstandes. Teil 1: TaberAbriebprüfgerät Beschichtungsstoffe. Prüfung der Widerstandsfähigkeit bei schlagartiger Verformung (Schlagprüfung). Teil 1: Prüfung durch fallendes Gewichtsstück, große Prüffläche Beschichtungsstoffe. Bestimmung der WasserdampfDiffusionsstromdichte. Teil 1: Schalenverfahren für freie Filme Lacke und Anstrichstoffe. Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Untergründe und Beton im Außenbereich. Teil 2: Bestimmung und Einteilung der Wasserdampf-Diffusionsstromdichte (Permeabilität) Prüfungen zum Brandverhalten von Bodenbelägen - Teil 1: Bestimmung des Brandverhaltens bei Beanspruchung mit einem Wärmestrahler Beschichtungsstoffe. Bestimmung der Verarbeitungszeit von Mehrkomponenten-Beschichtungssystemen. Vorbereitung und Konditionierung von Proben und Leitfaden für die Prüfung Kunststoffe. Thermogravimetrie (TG) von Polymeren. Allgemeine Grundlagen Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten - Teil 2: Entzündbarkeit bei direkter Flammeneinwirkung Bestimmung des Feuchtegehaltes durch Trocknen bei erhöhter Temperatur Beschichtungsstoffe. Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme. Teil 4: Arten von Oberflächen und Oberflächenvorbereitung Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten Plastics. Differential scanning calorimetry (DSC). Part 3: Determination of temperature and enthalpy of melting and crystallization Particle size analysis. Laser diffraction methods. Part 1: General principles

11

418

11 Anhang

11.4 Literatur /Ado02/

/AIV03/

/App02/

/ATV06/ /ATV97/ /Bak88/

/Bak94/

/Bal03/ /BAW05/

/Bee04/

/Ben03/ /Ben06/

/Ber05/

11

/Bis83/ /Bor00/

Adolph, G.; Nagorny, U.; Schulte, H.-G.; Höfer, R.: Auf die Zutat kommt es an: Additive für lösemittelfreie Beschichtungen im Baubereich. In: Farbe und Lack 108 (2002), Nr. 5, S. 103–109 Architekten- und Ingenieurvereine; AIV: Betonbauwerke: Schäden an Betonbauwerken : Neuere Methoden einer Instandsetzung. Darmstadt: Verlag Das Beispiel. - In: Schriftenreihe des Verbandes Deutscher Architekten- und Ingenieurvereine (2003), Nr. 2 Appel, B.: Unterschiedlich reagiert: Verschiedene Injektionsharze gegen undichte WU-Betonsohlen. In: Bautenschutz und Bausanierung 25 (2002), Nr. 6, S. 46–48 DWA-M 143-17, Teil 17: Beschichtung von Abwasserleitungen, -kanälen und Schächten mit zementgebundenen mineralischen Mörteln, 12/06 ATV-M 168 Korrosion von Abwasseranlagen, 07/98 Bakker, R.F.M.: Initiation Period. London: Chapman and Hall, 1988. - In: Corrosion of Steel in Concrete: Report of the Technical Committee 60-CSC RILEM (Schießl, P. (Ed.)), S. 22–55 Bakker, R.F.M.: Prediction of service life of reinforcement in concrete under different climatic conditions at given cover. In: Corrosion and Protection of Steel in Concrete, International Conference, Sheffield (UK), (Swamy, R.N.(Ed.)), 1994 Balthaus, H.; Dahl, J.: Neue Wege beim Brandschutz im Tunnelbau. Berlin : Ernst & Sohn, 2003. - In: Deutscher Bautechnik-Tag 2003, Vorträge, S. 397–409 BAW; Bundesanstalt für Wasserbau: BAW-Merkblatt: Bohrkernentnahme für Bauwerksuntersuchungen. (Ausg. 08.05) Karlsruhe: Bundesanstalt für Wasserbau, 2005 Beeldens, A.; Gemert Van, D.; Schorn, H.; Ohama, Y.: Integrated Model for Microstructure Building in Polymer Cement Concrete. Berlin: BAM, 2004. - In: 11th International Congress on Polymers in Concrete, Berlin, 2nd - 4th June, 2004, (Maultzsch, M. (Ed.)), S. 1–10 Benedix, R.: Bauchemie: Einführung in die Chemie für Bauingenieure. 2. Aufl. Stuttgart : Teubner, 2003 Benedix, R.: Titandioxid-Photokatalyse und Baustoffe. Berlin: Huss-Medien. In: Altbauinstandsetzung (2006), Nr. 11, Dahlberg-Kolloquium, Fassadenbiofilme, 12. und 13. Januar 2006, Wismar, (Venzmer, H. (Ed.)), S. 191–201 Bergmeister, K.: Verstärkung mit Kohlenstofffasern Teil 1: Verstärkung mit Biegeträgern Teil 2: Verstärkung von Stützen. In: Beton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Spezial Nr. Juli, S. 62–73 Bischof, C.; Possart, W.: Adhäsion: Theoretische und Experimentelle Grundlagen. Berlin : Akademie-Verlag, 1983 Born, A.: Lotusan - Die Siliconharzfarbe mit dem Lotus-Effekt. Innsbruck-Igls: Institut für Baustoffe und Bauphysik, 2000. - In: Beton Instandsetzung '00. 5. Fachtagung Sanieren - ein Markt mit Chancen und Risiken, Innsbruck-Igls 27.+28.1.00, Berlin, 6.+7.7.00, (Kusterle, W. (Ed.)), S.181–187

11.4 Literatur

Boue, A.; Schrage, I.: Epoxidharze für Rissverpressungen an Koppelstellen von Spannbeton- brücken. Filderstadt 1983: Edition Lack und Chemie - In: Werkstoffwissenschaften und Bausanierung, Berichtsband des internationalen Kolloquiums, S. 233–236 /Bou84/ Boue, A.: Epoxy Resins for Crack Injection. Liege: Belgian Research Centre for Plastic and Rubber Materials; CEP, 1984.- In: Proceedings of the International Symposium “Future for Plastics in building and civil engineering”, S. 4.45.1.4.45.4. /BRE04/ Building Research Establishment; BRE: A Thematic Network on Performance Based Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures. Garston, Watford: Building Research Establishment, BRE.. - In: Network Newsletter (2004), Nr. 3, Special Issue: CON REP NET TN Interaction Meeting, BBRI, Brussels, Belgium, February 9–10, 2004 /Bre06/ Breitenbücher, R.; Siebert, B.: Zielsichere Herstellung von Industrieböden mit Hartstoffschichten. In: Beton 55 (2006), Nr. 4, S. 148-150,152,154-156 /Bre07/ Breitenbücher, R.; Siebert, B.: Betoninstandsetzungssysteme nach 20-jähriger freier Bewitterung. In: Beton 57 (2007), Nr. 1+2, S. 28–30,32–33 /Bru08/ Bruns, M.; Raupach, M.; Balzer, H.; Gehlen, C. D.; Noll, R.; Wilsch, G.; Taffe, A.: Bildgebende Laseranalyse der Chlorid- und Sulfatverteilung in Beton: Imaging Laseranalysis of the Distribution of Chlorides and Sulphates in Concrete. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 2008. - In: Verkehrsbauten Schwerpunkt Parkhäuser/Brücken. 3. Kolloquium, Ostfildern, 29. und 30. Januar 2008, (Gieler-Breßmer, S. (Ed.)), S. 283-288 ISBN 3-924813-72-8 /Cat72/ Catharin, P.; Federspiel, H.: Der elektrische Widerstand des Betons. In: Elektrotechnik und Maschinenbau 89 (1972), Nr. 10, S 399-407 /CEB97/ Comité Euro-International du Béton; CEB; Schießl, P.: New Approach to Durability Design: An Example for Carbonation Induced Corrosion. Lausanne: Comité Euro-International du Béton, - CEB -. - In: Bulletin d'Information (1997), Nr. 238 /CEN04/ CEN; CEN/CENELEC: M/128 CPD: Concrete, Mortar & Grout Mandate to CEN/CENELEC Concerning the Execution of Standardization Work for Harmonized Standards on Products for Concrete, Mortar and Grout. Brüssel: CENELEC, 2004 /DAf01/ Deutscher Ausschuß für Stahlbeton; DAfStb: DAfStb-Richtlinie Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton. (Alkali-Richtlinie) Ausgabe 2007. Berlin: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton.- Manuskript /DAf06/ Deutscher Ausschuß für Stahlbeton; DAfStb: Zerstörungsfreie Prüfverfahren und Bauwerksdiagnose im Betonbau. Beiträge zur Fachtagung des Ausschusses für Stahlbeton in Zusammenarbeit für Materialforschung und -prüfung, 11.03.2005 Berlin. (Siehe auch Stand: M 920). Berlin: Beuth. - In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (2006), Nr. 565 /DAfStb01/ Deutscher Ausschuss für Stahlbeton; DAfStb; DAfStb-InstandsetzungsRichtlinie: Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen. Teil 1: Allgemeine Regelungen und Planungsgrundsätze. Teil 2: Bauprodukte und Anwendung. Teil 3: Anforderungen an die Betriebe und Überwachung der Ausführung. Teil 4: Prüfverfahren. Ausgabe Oktober 2001. Berlin: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 2001; zzgl. 1. und 2. Berichtigung (Januar 2002 und Dezember 2005)

419

/Bou83/

11

420

11

11 Anhang

/DAfStb04/ Deutscher Ausschuß für Stahlbeton; DAfStb: Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen. Teil 1: Grundlagen, Bemessung und Konstruktion unbeschichteter Betonbauten. Teil 2: Baustoffe und Einwirken von wassergefährdenden Stoffen. Teil 3: Instandsetzung und Ertüchtigung. Anhang A: Prüfverfahren. Anhang B: Erläuterungen. (August 2004). /DAfStb525/ Deutscher Ausschuß für Stahlbeton (DAfStb): Erläuterungen zu DIN 1045-1. Berlin: Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (2003), Nr. 525 /DAfStb526/ Deutscher Ausschuß für Stahlbeton (DAfStb): Erläuterungen zu den Normen DIN EN 206-1, DIN 1045-2, DIN 1045-3, DIN 1045-4 und DIN 4226. Berlin: Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (2003), Nr. 526 /DB97/ Deutsche Bauchemie: Anwendungen von mineralischen Systemen in abwassertechnischen Anlagen. Sachstandsbericht November 1997. Frankfurt: Deutsche Bauchemie, 1997 /DBV01/ Deutscher Beton-Verein; DBV; DBV-Merkblattsammlung: Merkblatt Fugenausbildung für ausgewählte Baukörper aus Beton. (Fassung April 2001) Wiesbaden: Deutscher Beton-Verein, 2001. In: Merkblattsammlung Merkblätter, Sachstandsberichte /DBV02/ Deutscher Beton-Verein; DBV; DBV Merkblattsammlung: Merkblatt Betondeckung der Bewehrung (Fassung 2002). Wiesbaden : Deutscher Beton-Verein, 2002. - In: Merkblattsammlung Merkblätter, Sachstandberichte /DBV05/ Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein (DBV); DBV-Merkblattsammlung: Merkblatt Parkhäuser und Tiefgaragen (Fassung Januar 2005). Berlin: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein, e.V., 2005 /DBV06/ DBV-Merkblatt, Begrenzung der Rissbildung im Stahlbeton- und Spannbetonbau, Fassung Januar 2006, Deutscher Beton-Verein E.V., Wiesbaden /DBV92/ Deutscher Beton-Verein; DBV: Merkblatt Technologie des Stahlfaserbetons und Stahlfaserspritzbetons. (Fassung August 1992). Wiesbaden: Deutscher BetonVerein, 1997. In: Merkblattsammlung, Merkblätter, Sachstandberichte /DBV96/ Deutscher Beton-Verein; DBV; DBV Merkblattsammlung: Merkblatt Verpreßte Injektionsschläuche für Arbeitsfugen. (Fassung Juni 1996). Wiesbaden: Deutscher Beton-Verein, 1997. In: Merkblattsammlung Merkblätter, Sachstandberichte /Deh02/ Dehn, F.: Reinigung von Betonoberflächen mittels Photokatalyse. In: Zement und Beton (2002), Sonderheft, S. 36–37 /DiBt00/ Deutsches Institut für Bautechnik; DIBt: Zulassungsgrundsätze Beschichtungssysteme für Beton in LAU-Anlagen. Berlin: Deutsches Institut für Bautechnik, DIBt. In: Schriften des Deutschen Institut für Bautechnik Reihe B (2000), Nr. 12 /Die83/ Dieterich, D.; Grigat, E.; Hahn, W.: Chemische und physikalische-chemische Grundlagen der Polyurethan-Chemie. München: Hanser, 1983. In: Kunststoffhandbuch, (Becker, W.; Braun, D. (Eds.)), Band 7, S.7–41 /Dis99/ Distler, D.: Wäßrige Polymerdispersionen : Synthese - Eigenschaften - Anwendungen. Weinheim : Wiley-VCH, 1999 /Dol78/ Dolezel, B.: Beständigkeit von Kunststoffen und Gummi. München: Hanser, 1978

421

11.4 Literatur

/Dom05/ /DVG06/

/DVG07/

/Eng00/

/Eße06/ /Ett98/ /Fal90/ /Fie87/

/Flo06/

/Flo07/

/Fra01/

/Geh00/

/Geh01/

Domininghaus, H.: Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften. 6. Aufl.; Berlin: Springer, 2005 Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches; DVGW: Hygienische Anforderungen an zementgebundene Werkstoffe im Trinkwasserbereich - Prüfung und Bewertung - Arbeitsblatt W 347 Oktober 1999; Mai 2006; Bonn: Wirtschaftsund Verlagsgesellschaft mbH Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches; DVGW: Vermehrung von Mikroorganismen auf Materialien für den Trinkwasserbereich - Prüfung und Bewertung. Arbeitsblatt W 270 November 1999; Entwurf Februar 2007. Bonn: Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH Engelfried, R.: Über den Einfluß der Schichtdicke und der Alterung auf die Wirksamkeit von Oberflächenschutzsystemen für Betonbauteile. Dortmund, Universität, Fakultät Bauwesen, Diss., 2000 Eßer, A.: Füllen von Rissen und Hohlräumen in Betonbauteilen. Berlin: Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (2006), Nr. 527 Ettel, W.-P.: Kunstharze und Kunststoffdispersionen für Mörtel und Betone. Düsseldorf: Beton-Verlag, 1998 Falbe, J.; Regitz, M.; Römpp, H.: Römpp Chemie Lexikon ; Band 3 H-L. 9. Aufl. Stuttgart : Thieme, 1990 Fiebrich, M.: Zur Adhäsion zwischen polymeren Bindemitteln und Beton unter besonderer Berücksichtigung von Wassereinwirkungen. Aachen, Technische Universität, Fachbereich 3, Diss., 1987 Flohrer, C.; Tschötschel, M.; Ebsen, B.: Monitoring zur Leckageortung bei hochwertig genutzten wasserundurchlässigen Betonkonstruktionen. Stuttgart : Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau, 2006. - In: Sicherheitsgewinnung durch Monitoring? Zum 65. Geburtstag von Universitäts-Professor Dr.Ing. Peter Grübl, S. 137-150 Florescu, G.; Berken, C.; Großkurth, K.P.; Yaacoub, E.-J.: Zweiphasige wässrige Polymerdispersionen als Additive für polymermodifizierte Mörtel und Betone (PCC) - Teil 1: Synthese und Charakterisierung von Nanopartikeln auf Saccaridbasis. Teil 2: Einsatz und Ergebnisse der Mörtelmodifizierung. Frankfurt : GDCh-Fachgruppe Bauchemie. - In: Gesellschaft Deutscher Chemiker (2007), Nr. 37, S. 321-328 und S. 79-86 Franke, L.; Oly, M.; Witt, S.: Richtlinie für die Prüfung von Mörteln für den Einsatz im Sielbau. In: Tiefbau Ingenieurbau Straßenbau 43 (2001), Nr. 8, S. 23–27 Gehlen, C.: Probabilistische Lebensdauermessung von Stahlbetonbauwerken: Zuverlässigkeitsbetrachtungen zur wirksamen Vermeidung von Bewehrungskorrosion. Berlin: Beuth. - In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (2000), Nr. 510 Gehlen, C.; Schießl, P.; Pabsch, G.: Probabilistic Service Life Design: Application of the DURACRETE - Approach to Existing Structures. Berlin: Deutscher Beton-Verein, 2001. In: Proceedings fib-Symposium Concrete and Environment, Berlin, 3-5 October 2001, S. 73-74

11

422

11 Anhang

/Ger02/

/Gie06/ /Gis99/

/Gra96/

/Gro06/

/Hai06/

/Han05/ /Har06/

/Hel01/ /Hen02/ /Hil06/

/Hin05/

11

/Hoh07/

Gerdes, A.H.: Transport und chemische Reaktion siliciumorganischer Verbindungen in der Betonrandzone. Freiburg: AEDIFICATIO. In: Building Materials Reports (2002), Nr. 15 Gieler, R.P.; Dimmig-Osburg, A.: Kunststoffe für den Bautenschutz und die Betoninstandsetzung: Der Baustoff als Werkstoff. Basel: Birkhäuser, 2006 Gislason, R.S.: Water Repellents: Protection of Facades of Concrete in a Wet Climate. In: Internationale Zeitschrift für Bauinstandsetzen und Baudenkmalpflege 5 (1999), Nr. 3, S. 251–272 Graeve, H.; Riecks, B.: Abdichtende Injektionen. Freiburg: AEDIFICATIO, 1996. In: Werkstoffwissenschaften und Bausanierung. Berichtsband zum vierten Internationalen Kolloquium, Band III, (Wittmann, F.H.; Gerdes, A.(Ed.)), S. 1735–1745 Gross, F.: Anwendungsmöglichkeiten photokatalytischer Beschichtungen im Bereich von Gebäudefassaden: Selbstreinigende Catalyitc-Clean-Effect®Beschichtungen auf Basis der chemischen Nanotechnologie. Düsseldorf: Verein Deutscher Ingenieure 18 (2006), S. 413–420 Hailu, K.; Raupach, M.; Wolff, L.: Auswirkung der Art der Grundierung auf die "osmotische" Blasenbildung bei Beschichtungen auf Beton. Weimar: F.A. Finger Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität, 2006. In: 16. Internationale Baustofftagung, ibausil, 20.–23. September 2006, Weimar, Tagungsbände, Band 2, S. 2–1181–2–1188 Hankers, C.: Spritzbeton für die Instandsetzung und Verstärkung von Stahlbeton. In: Beton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Spezial Nr. Juli, S. 49–56 Harnisch, J.: Untersuchungen zum Korrosionsrisiko für die Stahlbewehrung durch Einsatz von Acrylatgel zur Rissverpressung in Stahlbeton. Aachen: Institut für Bauforschung, 2006. In: Schutz und Instandsetzung von Betonbauwerken. Was erwartet uns?, 35. Aachener Baustofftag, Aachen, 31.10.2006, 12 Seiten Hellerich, W.; Harsch, G.; Haenle, .S.: Werkstoff-Führer Kunststoffe. 8. Aufl. München: Hanser, 2001 Henning, O.; Knöfel, D.: Baustoffchemie. 6. Aufl. Berlin: Verlag Bauwesen, 2002 Hillemeier, B.; Osselmann, P.; Schubert, K.: Glass-Lining: Schutz für chemisch höchst beanspruchte Betonoberflächen. Weimar: F.A. Finger Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität, 2006.- In: 16. Internationale Baustofftagung, ibausil, 20.–23. September 2006, Weimar, Tagungsbände, Band 2, S. 2–1207–2– 1212 Hintzen, W.: Bauaufsichtliche Regelungen. Esslingen: TAE, Renningen: expert. - In: Kontakt und Studium (2005), Nr. 669, S. 36-72, Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen, Boden- und Parkhausbeschichtungen am 10./11. Oktober 2005 Hohmann, R.: Nachträgliche Abdichtung undichter Fugen: Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton. In: Ernst & Sohn Special Abdichtungstechnik (2007), Nr. 3, S. 42–44,47–58

423

11.4 Literatur

/Hoh07a/

/Hor00/

/Iva90/

/Jan97/

/Kau71/ /Kle06/

/Klo76/

/Klo91/ /Kob82/ /Kob93/

/Koc83/

/Kra07/

/Kub06/ /Küh06/

Hohmann, R.: Fugenausbildung und abdichtung bei wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton: Neue Regelwerke setzen Maßstäbe. In: Ernst & Sohn Special Abdichtungstechnik (2007), Nr. 3, S. 21–31 Hornig, U.; Rudolph, M.: Schleierhaft? Erste gesicherte Erkenntnis zur nachträglichen Abdichtung mit Acrylat-Gel-Injektion. In: Bautenschutz Bausanierung 23 (2000), Nr. 3, S. 38–43 Ivanyi, G.; Fastabend, M.: Versuche zum kraftschlüssigen Füllen von Rissen bei großen kurzzeitigen und täglichen Rißbreitenänderungen. Bonn : Bundesminister für Verkehr. In: Schriftenreihe Forschung Straßenbau und Straßenerkehrstechnik (1990), Nr. 576, S.2–45 Jansohn, R.; Kroggel, O.; Ratmann, M.; Wiese, St.: Progress in the Estimation of Crack Depth Utilising Ultrasonic Impulse-Echo- Technique. Darmstadt: Institut für Massivbau der Technischen Hochschule Darmstadt, 1997. - Vol. 12 (1997), S. 271–286 Kaufmann, N.: Das Sandflächenverfahren. In: Straßenbau-Technik (1971), Nr. 3, S. 131-135 Kleist, A.; Krams, J.: Innovative Instandsetzung gerissener Stahlbetonbauteile mit CFK. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 2006. In: Verkehrsbauten: Schwerpunkt Parkhäuser, 2. Kolloquium, Ostfildern, 31. Januar und 1. Februar 2006, (Gieler-Breßmer, S. (Ed.)), S. 459–463 Klopfer, H.: Anstrichschäden: Strukturen, Verhaltensweisen und Schadensformen von Anstrichen und Kunststoffbeschichtungen. Wiesbaden: Bauverlag, 1976 Klopfer, H.: Die Verteilung des Wassergehaltes in beschichtetem und unbeschichtetem Beton, Industriefußböden, 1991 Kobayashi, K.; Cho, R.: Flexural Characteristics of Steel Fibre and Polyethylene Fibre Hybrid-Reinforced Concrete. In: Composites 13 (1982), Nr. 2, S. 164–168 Koblischek, P.J.: Niedrigviskoses Injektionsharz für Natursteine und Beton. Ehningen: Expert, 1993. In: Werkstoffwissenschaften und Bausanierung, Tagungsbericht des dritten Internationalen Kolloquiums, (Wittmann, F.H.; Bartz, W.J. (Ed)), Teil 3, S. 1605–1618 Koch, H. J.; Mennicken, G.; Müller, F.; Toepsch, H.; Träubel, H. Wieczorrek, W.: PUR-Anstrichstoffe und Beschichtungen. München: Hanser, 1983. In: Kunststoffhandbuch, (Becker, W.; Braun, D. (Eds.)), Band 7, S.7–41 Kraus, G.: Neue leitfähige PUR- und EP-Versiegelung sowie EPDickbeschichtunen. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 2007. - In: Industrieböden '07, Internationales Kolloquium, Ostfildern, 16. –18. Januar 2007, (Seidler, P. (Ed.)), S. 147–153 Kubens, C.: Instandsetzung von Beton und Stahlbeton im Wasserbau mit Spritzbeton. In: Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Nr. 10, S. 821–827 Kühne, H.-C.; Haamkens, F.; Mautzsch, M.; Meinhold, U.; Meng, B.: Instandsetzung von Beton mit geringen Festigkeiten. Weimar : F.A. Finger Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität, 2006. In: 16. Internationale Baustofftagung, ibausil, 20. - 23. September 2006, Weimar, Tagungsbände, Band 2, S. 21173-2-1180

11

424

11 Anhang

/Les03/

/Ley06/

/Lit01/

/Lit02/

/Loh07/

/Mag04/

/Mag99/

/Mar96/

/McC01/

/Mei02/

/Men02/

11

/Mic69/ /Mic99/ /Mom06/

Leschnik, W.; Schlemm, U.: Zum Stand der Feuchtemesstechnik an Baustoffen. Berlin : Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 2003. - In: Beiträge zum 42. Forschungskolloquium am 20. und 21. März an der Technischen Universität Hamburg-Harburg, S. 17-28 Lyke, S.: Entwicklung eines in-vitro Modells zur Verbesserung der Therapie einer Toxoplasmose. Digitale Dissertation der FU Berlin. http://www.diss.fuberlin.de/2006/38/index.html Littmann, K.; Charola, A.E.; Hydrophobe III: Third International Conference on Surface Technology with Water Repellent Agents, Proceedings of Hydrophobe III, Hannover, Sept. 25th and 26th, 2001. Freiburg: AEDIFICATIO, 20 Littmann, K.; Mengel, U; Herrmann, U.: Hydrophobierungen – über die Kunst, Wasser von mineralischen Baustoffen fernzuhalten, Hannover In: Übers Wasser – Unimagazin, Zeitschrift der Universität Hannover 3/4., 2002, S.68–71 www.iad.uni-hannover.de/mitarbeiter/uni-mag-littmann.pdf Lohmann, T.: Vermeiden von Blasenbildung beim Beschichten poröser Untergründe. Ostfildern : Technische Akademie Esslingen, 2007. - In: Industrieböden '07, Internationales Kolloquium, Ostfildern, 16. - 18. Januar 2007, (Seidler, P. (Ed.)), S. 275-283 Mager, M; Stingl, T.; Homann, M.; Jügens, E.; Itter, U.: Modern Polyurethanes for the Long-Lasting Elastification of Epoxy Resins. Paris: AFTPVA, 2004. In: XXVII FATIPEC Congress, Aix-en-Provence April 19–21 2004, Congress Proceedings Volume 2, S. 565–578 Magner, J.: Ableitfähige Fußbodenbeschichtungen. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 1999. In: Industrieböden '99 Internationales Kolloquium 12. – 14. Januar 1999, (Seidler, P. (Ed.)), Vol. II, S. 879–888 Marechal, J.Ch.; Kalifa, P.: The Prediction of Long-Term Sealent Performance from Dynamic Accelerated Weathering. London: E & FN Spon, 1996. - In: Durability of Building Materials and Components 6. Proceedings of the 7th International Conference held in Stockholm, Schweden 19-23 May 1996, (Sjöström, C. (Ed.), Vol. 1, S. 54-64 McCarter, W.J.; Chrisp, T.M.; Starrs, G.; Basheer, P.A.M.; Blewett, J.: Smart Structures: A Sensor System to Monitor Covercrete Condition. Farmington: American Concrete Institute, 2001. - In: Non-Destructive Testing of Concrete, Fifth CANMET/ACI Intern. Confer. on Recent Advances in Concrete Technology, Singapore, July 29-Aug. 1, 2001, (Basheer, P.A.M. (Ed.)), S. 31-51 Meier, S.J.: Grundlagen und Möglichkeiten einer Hydrophobierung von Betonbauteilen. Freiburg: AEDIFICATIO. In: Building Materials Reports (2002), Nr. 21 – Dissertation Menges, G.; Haberstroh, E.; Michaeli, W.; Schmachtenberg, E.: Werkstoffkunde Kunststoffe. 5. Aufl. München: Hanser, 2002 Michel, M.: Adhäsion und Klebtechnik. München: Hanser, 1969 Michaeli, W.: Einführung in die Kunststoffverarbeitung. 4. Aufl. München: Hanser, 1999 Momber, A.W.; Schulz, R.-R.: Handbuch der Oberflächenbearbeitung Beton. Basel: Birkhäuser, 2006

425

11.4 Literatur

/Mül93/

/Näg89/ /Nor99/

/Oeh07/

/Orl07/

/Pac03/

/Pae79/ /Pak06/

/Per93/

/Per94/

/Per96/

/Pon05/

/Rau01/

Müller, T.; Gerdes, A.; Wittmann, F.H.: Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit einer Hydrophobierung von Beton. Ehningen: Expert, 1993. In: Werkstoffwissenschaften und Bausanierung, Tagungsbericht des dritten Internationalen Kolloquiums, (Wittmann, F.H.; Bartz, W.J. (Ed)), Teil 1, S. 476–493 Nägele, E. W.: Disperisions-Baustoffe. Köln: R. Müller, 1989 Nordtest Method: Nordtest Method (11.1999). Concrete, Mortar and CementBased Repair Materials: Chloride Migration Coeffizient from Non-Steady-State Migration Experiments. NT Build 492 Espoo, Finland: Nordtest, 1999 – ISSN 0283-7153 Oehmichen, D.S.; Gerdes, A.: Hydrophobierung von Betonoberflächen. Innsbruck : Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften, 2007. In: Verstärken und Instandsetzen von Betonkonstruktionen 2007. Berichtsband der 6. Intern. Fachtagung, Innsbruck, 25. + 26. Januar 2007, (Kusterle, W.; et. al. (Eds)), S. 159-168 Orlowsky, J.; Raupach, M.; Voßmerbäumer, T.: Einsatz eines Glasverbundsystems im Kanalbau: Application of Glass-Composites in Canalization. In: bbr Fachmagazin für Brunnen- und Leitungsbau 58 (2007), Nr. 6, S. 14–19 Pachow, U.: Textil - Reinforced Concrete New Manufacturing Technologies and Applications. Frankfurt: Messe, 2003. In: 12th International Techtextil Symposium for Technical Textiles, Nonwovens and Textile Reinforced Materials, Frankfurt, 7–10 April, 2003, Paper 4.17, 24 Seiten Paetzold, P.: Einführung in die allgemeine Chemie. 2. Auflage. Vieweg, 1997 Pakusch, J.: Aqueous Polymers for the Construction Industry. London: Taylor & Francis Group, 2006. In: Proceedings of the International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting (ICCRRR), Cape Town, South Africa, 21–23 November, 2005, (Alexander, M.G.; Beushausen, H.-D.; Dehn, F.; Moyo, P. (Eds.)), S. 350–351 Perbix, W.: Feuchteabhängiges Tragverhalten von Epoxidharzen für das kraftschlüssige Füllen von Rissen in Betonbauteilen. Aachen: Shaker. In: Schriftenreihe Bauwesen Zugl.: Braunschweig, Technische. Universität., Diss., 1993 Perbix, W.: Feinstzemente für Rissinjektionen. Braunschweig: iBMB. In: Mitteilungen aus dem Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (1994), Nr. 113, S. 181–192 Perbix, W.: Spezialbindemittel für den Ingenieurbau: Feinstbindemittel - vom Injektionsbindemittel zum Hochleistungszement?. Braunschweig: iBMB. In: Mitteilungen aus dem Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (1996), Nr. 126, S. 317–328 Ponzel, U.; Grebe, B.; Eisler, R.: Verstärken von Spannbetonbrücken mit externen Spanngliedern: Erfahrungen bei der Entwurfs- und Ausführungsplanung. In: Beton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Spezial Nr. Juli, S. 57–61 Raupach, M.; Dauberschmidt, C.; Dolfen, H.: Bestimmung der Rißtiefe and Stahlbetonbauwerken mit Hilfe der Impact-Echo Methode. Berlin: Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V., 2001. In: Bauwerksdiagnose - Praktische Anwendungen Zerstörungsfreier Prüfungen, Leipzig, 25. –26. Oktober 2001, P10, 9 Seiten

11

426

11 Anhang

/Rau02/

/Rau05/

/Rau06/ /Rau06a/

/Rau06b/

/Rau06c/

/Rau07a/

/Rau07b/

/Rau07c/

/Rau07d/

11

/Rau08/ /Rau92/

Raupach, M.; Wolff, L.: Prüf- und Anforderungskriterien für die Dauerhaftigkeit von Oberflächenschutzsystemen im Rahmen der ZTV-SIB, Teil IV, (ibac). Aachen: Institut für Bauforschung, 2002. – Forschungsbericht F 519 Raupach, M.; Wolff, L.: Reduktion der Bewehrungsüberdeckung bei vorhandener Beschichtung bei Parkhaus-Neubauten. In: Kurzberichte aus der Bauforschung 46 (2005), Nr. 2, S. 82-88 Raupach, M.; Wolff, L.; Rößler, G.: Auswahl geeigneter Oberflächenschutzsysteme in Parkbauten. In: Beton 56 (2006), Nr. 10, S. 446–447, 449–450, 452 Raupach, M.: Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen mit genormten Produkten nach EN 1504. In: Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Nr. 10, S. 783–789 Raupach, M.; Rößler, G.; BAST: Einfluss der Betonoberflächenvorbereitung auf die Haftung von Epoxidharz. Bergisch Gladbach: Bundesanstalt für Straßenwesen. In: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Brücken- und Ingenieurbau (2006), Nr. B 49 Raupach, M.; Wolff, L.; Harnisch, J.: Zum Korrosionsrisiko für die Stahlbewehrung durch den Einsatz von Acrylatgelen zur Rissverpressung. Aachen: Institut für Bauforschung, 2006. Forschungsbericht Nr. F 934 Raupach, M.; Harnisch, J.; Wolff, L.: Anwendungsbedingungen für den Einsatz von Acrylatgelen in Arbeitsfugen und in Rissen von Stahlbetonbauteilen. Aachen: Institut für Bauforschung der RWTH Aachen, 2007. Forschungsbericht Nr. F 947 Raupach, M.; Harnisch, J.; Wolff, L.: Untersuchungsergebnisse zum Korrosionsschutz der Bewehrung beim Einsatz von Acrylatgel in Rissen im Beton (Results from a Research Project on the Influence of Acrylic Gels within Cracks in Concrete on the Corrosion Protection of the Reinforcement). Landesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken NRW e. V. (LIB NRW), KrefeldOppum; BZB Akademie Bildungszentren des Baugewerbes,15. Fachsymposium "Betoninstandsetzung heute für die Zukunft", Kongresszentrum Westfalenhalle, Dortmund, 29.03.2007 Raupach, M.; Dauberschmidt, C.; Wolff, L.; Harnisch, J.: Monitoring der Feuchteverteilung in Beton : Monitoring the Humidity Distribution in Concrete. In: Beton 57 (2007), Nr. 1+2, S. 20-26 Raupach, M.; Harnisch, J.; Wolff, L.: Korrosionsgefahr für die Bewehrung durch Acrylatgele? - Ergebnisse eines DBV-Forschungsvorhabens: Corrosion Risk for the Reinforcement Due to Acrylic Gels? Results of a DBV - Research Project. Berlin : Deutscher Beton- und Bautechnik Verein e.V., DBV. In: DBVHeft (2007), Nr. 13, Arbeitstagung "Schäden im Betonbau und deren Vermeidung", 27. Juni 2007 in Langenhagen, 28. November 2007 in München, Bauzentrum, S. 37–47 Raupach, M.; Orlowsky, J.: Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen Zustandserhaltung und Planung nach neuen Regelwerken. In: b+t Verlag Raupach, M.: Zur chloridinduzierten Makroelementkorrosion von Stahl in Beton. Berlin : Beuth. - In: Schriftenreihe des deutschen Ausschusses für Stahlbeton (1992), Nr. 433

427

11.4 Literatur

/Reh80/

/Rei05/

/Rhe03/

/Rie02/

/RIL02/

/RIL03/

/Rod99/

/Rot82/ /San97/ /Sas90/

/Sas94/

/Sas96/

/Sch94/

Rehm, G.; Franke, L.; Zeus, K.: Kunstharzmörtel und Kunstharzbetone unter Kurzzeit- und Dauerstandbelastung. Berlin: Ernst & Sohn. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, (1980), Nr. 309 Reinhardt, H.W.; Naaman, A.E.: Geschichtliche Entwicklung hochduktiler Betone mit Kurzfaserbewehrung. Stuttgart : ibidem, 2005. In: Hochduktile Betone mit Kurzfaserbewehrung: Entwicklung - Prüfung - Anwendung, Tagungsband, Kaiserslautern, Oktober 2005, (Mechtcherine, V. (Ed.)), S. 1–9 Rheinwald, G.: Blasenbildung an Beschichtungen durch Substratreaktion. Ostfildern : Technische Akademie Esslingen, 2003. - In: Industrieböden '03, Internationales Kolloquium, 21. - 23. Januar 2003, (Seidler, P. (Ed.)), Vol. II, S. 733740 Rieche, G.; Brockmann, J.; Institut für Bautenschutz, Baustoffe und Bauphysik: Sachstandsbericht zur Messung der Feuchte von mineralischen Baustoffen. Fellbach: Institut für Bautenschutz, Baustoffe und Bauphysik. In: Schriftenreihe Institut für Bautenschutz, Baustoffe und Bauphysik (2002), Nr. 74 RILEM TC 178-TMC: Testing and Modelling Chloride Penetration in Concrete. Analysis of Total Chloride Content in Concrete. In: Materials and Structures (RILEM) 35 (2002), Nr. 253, S. 583–585 RILEM TC 154-EMC; Elsener, B.; Andrade, C.; Gulikers, J.; Raupach, M.: Half-Cell Potential Measurements – Potential Mapping on Reinforced Concrete Structures. In: Materials and Structures (RILEM) 36 (2003), Nr. 261, S. 461– 471 Rode, P.: Abdichtungen in Verbindung mit Gußasphalt auf Parkdecks. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 1999. In: Industrieböden '99 Internationales Kolloquium 12. –14. Januar 1999, (Seidler, P. (Ed.)), Vol. II, S. 657–666 Roth, M.: Siliconate, Siliconharze, Silane, Siloxane. In: Baugewerbe (1982), Nr. 2, S. 3–7 Sansalone, M.; Street, W.B.: Impact Echo – Nondestructive Evaluation of Concrete and Masonry. Ithaca: Bullbrier Press, 1997 Sasse, H.R.; Boue, A.: Untersuchungen zum Stoffverhalten von Epoxidharzen zur kraftschlüssigen Injektion. Bonn: Bundesminister für Verkehr. In: Schriftenreihe Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik (1990), Nr. 576, S.47– 77 Sasse, H.R.; Schießl, P.; Fiebrich, M.; Kwasny-Echterhagen, R.; et. al.: Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen unter Verwendung von Kunststoffen. Sachstandsbericht. Berlin: Beuth, 1994. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (1994), Nr. 443 Sasse, H.R.; Rößler, G.: Sulfatbeständigkeit kunststoffhaltiger Zementmörtel. Karlsruhe : Institut für Massivbau und Baustofftechnologie, 1996. - In: Korrosion nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe im Bauwsen. Tagungsband zum Abschlußkolloquium der DFG, Karlsruhe, 20. März 1996, S. 203-216 Schießl, P.: Dichtheit und Eindringverhalten beim gerissenen Beton. Berlin : Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, DAfStb, 1994. In: DAfStb – Statusseminar "Sicherheit von Betonkonstruktionen technischer Anlagen für umweltgefährdende Stoffe", Bochum, 10. März 1994, 8 Seiten

11

428

11 Anhang

/Scha83/ /Scha89/

/Scha89/

/Schä96/

/Schä97/

/Schi02/

/Schi96/ /Schi96a/

/Schn85/ /Scho91/ /Schol03/ /Schu84/

/Schu99/

11

/Schw04/

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11.4 Literatur

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429

/Schw95/

11

430

11 Anhang

/Wes88/ /Wes93/ /WHG/ /Wie84/

/Wit04/

/Wol03/

/Wol04/ /Wol06/

/Wol07/

/Wol07a/

/Wol08/

/Wol96/

/You05/

11 /Zho99/

/Zis63/

Wesche, K.H.: Baustoffe für tragende Bauteile. Bd. 4: Holz und Kunststoffe. 2. Aufl. Wiesbaden: Bauverlag, 1988 Wesche, K.H.: Baustoffe für tragende Bauteile. Bd. 2: Beton, Mauerwerk. 3. Aufl. Wiesbaden: Bauverlag, 1993 Gesetz zur Ordnung des Wasserhaushalts (Wasserhaushaltsgesetz), Bundesrecht Wierig, H.-J.: Longtime Studies on the Carbonation of Concrete Under Normal Outdoor Exposure. Hannover: RILEM; Institut für Baustoffkunde und Materialprüfung, 1984. In: Proceedings of the RILEM Seminar on the Durability of Concrete Structures Under Normal Outdoor Exposure, Hannover, 26th–29th March 1984, S. 239–249 Wittmann, F.H.; Meier, S.J.: Hydrophobieren von Betonoberflächen: Empfehlungen für die Applikation. In: Internationale Zeitschrift für Bauinstandsetzen 10 (2004), Nr. 4, S. 387–416 Wolff, L.; Raupach, M.: Hydrophobieren von Stahlbetonoberflächen: Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit mit Multiring-Elektroden. In: Betonwerk und Fertigteil-Technik 69 (2003), Nr. 10, S. 12–14,16–18,20–21 Wolff, L.: Innenabdichtungen bei Weißen Wannen : Internal Sealings of Water Tight Constructions. In: ibac Kurzbericht 17 (2004), Nr. 110 Wolff, L.; Hailu, K.; Raupach, M.: Auswirkung der Grundierung auf die Blasenbildung bei der Beschichtung von Beton. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 2006. - In: Verkehrsbauten : Schwerpunkt Parkhäuser, 2. Kolloquium, Ostfildern, 31. Januar und 1. Februar 2006, (Gieler-Breßmer, S. (Ed.)), S. 225–232 Wolff, L.; Raupach, M.; Hailu, K.: Ursachen der Blasenbildung bei Reaktionsharzbeschichtungen auf Beton – Welche Rolle spielt die Osmose?: Causes of Blistering of Reaction Resin Coatings on Concrete – is Osmosis Relevant? In: Beton- und Stahlbetonbau 102 (2007), Nr. 7, S. 439–449 [ISSN: 0005-9900] Wolff, L.; Raupach, M.; Hailu, K.: Mechanismen der Blasenbildung bei Reaktionsharzbeschichtungen auf Beton – Ergebnisse eines DFGForschungsvorhabens. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 2007. - In: Industrieböden '07, Internationales Kolloquium, Ostfildern, 16. –18. Januar 2007, (Seidler, P. (Ed.)), S. 35–46 Wolff, L.; Raupach, M.: Beschichtungsschäden – Schadensmechanismen und Lösungsansätze. Ostfildern: Technische Akademie Esslingen, 2008. In: Verkehrsbauten: Schwerpunkt Parkhäuser, 3. Kolloquium, Ostfildern. 29–30. Januar 2008, (Gieler-Breßmer, S. (Ed.)) Wolfseher, R.: Die Hydrophobierung in der Praxis – eine leistungsfähige Behandlung für Beton bis Naturstein. Freiburg: AEDIFICATIO. In: WTASchriftenreihe (1996), Nr. 10, S. 59–74 Young, T.: An Essay on the Cohesion of Fluids. In: Philosophical Transactions of the Royal Society 95 (1805), S. 65–72 Zhou, J.; Lucas, J.P.: Hygrothermal Effects of Epoxy Resin. Part I: The Nature of Water in Epoxy. Part II: Variations of Glass transition Temperature. In: Polymer 40 (1999), S. 5505–5522 Zismann, W. A.: Adhesion. In: Industrial and Engineering Chemistry 55 (1963), Nr. 1, S. 19–38

431

11.4 Literatur

/ZTV03/

/ZTV219/

/ZTVW/

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11

Sachwortverzeichnis A

Ausgleichsschicht .................................114

Ablaufneigung ......................................296

Ausgleichsspachtelung .................195, 196

Abplatzung .............................................44

Austrocknung .........................................21

Abreißfestigkeit ................................24, 61

Ausziehversuch ....................................344

Abreißversuch ......................................305

B

Abriebwiderstand .................................346 Abwasseranlage....................................235 Abwasserkanal......................................238 Acrylat ..................................................103 Acrylatgel .......................16, 105, 157, 182 Acrylharz ........................................92, 213 Additiv....................................................78 Adhäsion...........................................45, 46 – mechanische ....................................49 Adhäsionsversagen.................................57 Alkalibeständigkeit...............................370 Altbetonklasse ................................61, 126 Aminzahl ......................................165, 274 Angriff – chemischer.....................................321 Anteil – nichtflüchtiger ...............................274 Anti-Graffiti-System.............................241 Anwendungsbereich .....................120, 121 Applikationsmenge...............................203 Asche ....................................................277 Ausbreitmaß .........................130, 283, 298 Ausbruchstelle ......................................116 Ausdehnungsrate ..................................294 Ausflusszeit ..........................................289

Ballonpacker.........................................160 Bauproduktenrichtlinie .............................9 Bauteiltemperatur ...................................63 Beanspruchbarkeitsklasse.....................121 Benetzbarkeit..........................................35 Benetzung ...............................................50 Benetzungswinkel...................................51 Beschichtung ..................................57, 195 Beschichtungsschaden..........................373 Beständigkeit ..........................................84 Beton ....................................................115 – Ersatz von geschädigtem ...............116 Betondeckung .........................................36 Betonersatzsystem ........................114, 147 Betonfeuchte...........................................28 Betonoberfläche......................................21 Betonrandzone........................................20 Betonriss .................................................36 Betonuntergrund ...............................60, 63 – Vorbereitung....................................64 Betonzusammensetzung .......................125 Bewitterung ..........................................216 Bewitterungsbeständigkeit......................89 Biegeriss .................................................37

433

Sachwortverzeichnis

Biegezugfestigkeit ................134, 188, 190

Diffusionswiderstandszahl ...........211, 215

Biopolymer...........................................241

Dispersion.......................................98, 209

Bitumendichtungsbahn.........................243

Dispersionspulver.........................129, 130

Bitumen-Schweißbahn .........................243

Druckfestigkeit .....................133, 141, 188

Blasenbildung.........................................57

Durchgangswiderstand .........................369

Blend ......................................................82

Duroplast ..........................................72, 74

Bodenbeschichtung

Düsenführer..........................................109

– leitfähige........................................240 Bohrlochreinigung................................266 Bohrmehlentnahme ................................43 Bohrpacker ...........................................159 Brandverhalten .....................................363 Brückenabdichtung...............................242

Düsenführerschein................................128

E Eindringstabilität ..................................293 Eindringtiefe.................................202, 369 Eindruckhärte .......................................342 Elastizitätsmodul ..........................143, 309

C

Elastomer..........................................71, 74

CFK-Lamellen......................................262

– thermoplastisches ............................76

Chemisorption ........................................55

elektrischer Widerstand........................369

Chlorid................................................1, 42

E-Modul .......................................133, 324

Chloridgehalt................................286, 287

Emulsionspolymerisation ...............99, 100

– korrosionsauslösender .....................43

EN 1504 .................................2, 3, 4, 8, 13

Chloridionengehalt ...............................320

EN1504

Chloridprofil...........................................43

– Zulassung ........................................13

Chlorsilan .......................................95, 201

Endausdehnungsverhältnis ...................294

CM-Test .................................................32

Entmischung...........................................21

CO2-Diffusionswiderstand ...................211

Epoxidäquivalent....................82, 165, 274

Copolymer..............................................76

Epoxidharz .....81, 157, 164, 165, 223, 263

Copolymerisat ................................69, 103

Epoxidharzemulsion.............................130

D Darr-Methode .........................................32 Dauerhaftigkeit.....................................205

Epoxidharzmörtel .................................145 Erdableitwiderstand..............................369 Erstarrungszeit......................................289 ESD-Bereich.........................................240

Deckversiegelung .................................195 Dehnfähigkeit .......................................175

F

Delamination ..........................................59

Farbstoff .................................................80

Dichte ...........................................101, 276

Faser .....................................................138

Dichtungsschlämme

Federdruck-Packer ...............................160

– elastischer ......................................214

Feinspachtel..................114, 147, 196, 210

S

434

Sachwortverzeichnis

Feinstzement.........................................186

Griffigkeit.....................................231, 316

Festigkeitsentwicklung .........................142

Größtkorn .............................................186

Festmörteleigenschaft...........................132

Grundierung..........................195, 209, 222

Feststoffgehalt ......................................101 Feuchte ...................................................27 Feuchtedefinition....................................29 Feuchtemessung .....................................28 Feuchteverträglichkeit ..........................171 Fließmaß ...............................................284 Fließzeit ................................................284 Flüssigkunststoff ..........................228, 243 Frischmörteleigenschaft .......................132 Fugenabdeckband.................................260 Fugenband ............................................254 Fugenblech ...........................................254

H H2O-Diffusionswiderstand ...................211 Haftbrücke ............................114, 134, 147 Haftzugfestigkeit ....................24, 134, 135 ..145, 212, 217, 226, 305, 325, 329, 344 Härter......................................................82 Harz ........................................................82 Hauptvalenzbindung...............................55 Hauptvalenzkraft ....................................71 Hohlstelle................................................44 Hydratation ...........................................108 Hydrophobierung..........................195, 209

Fugendichtstoff.....................................258 Fugenmasse ..........................................258 Fugenmaterial .......................................253 Fugenprofil ...........................................261

– wasserabweisende Wirkung ..........202 Hydrophobierungsmittel.................94, 201 Hydroxylgehalt .....................................275 Hydroxylzahl ........................................275

Fugenvergussmasse ..............................258 Füllen

I

– Fehlstelle .......................................156

Impact-Echo-Methode ............................38

– Hohlraum.......................................156

Infrarotanalyse......................................271

– Riss ................................................156

Injektion........................................159, 164

Füllgrad ........................................191, 329

– wasserführender Risse ...................170

Füllstoff ....................................79, 80, 141

Injektionssystem ...................................266

G Gebinde ..................................................83 Gebindeverarbeitungszeit .....................167 Gesteinskörnung.............................21, 108

Instandsetzungsmethode...........................6 Instandsetzungsmörtel ..........114, 118, 123 Instandsetzungsprinzip .................4, 5, 6, 7 Isocyanat.................................................88 Isocyanatgehalt .....................................276

Gewässerschutz ....................................239

S

Gipsmarke ..............................................39

K

Gitterschnitt ..........................................347

Karbonatisieren.....................................211

Glasübergangstemperatur .......72, 102, 331

Karbonatisierung ........................1, 41, 309

Glasverbundsystem...............................237

Karbonatisierungstiefe....................42, 136

435

Sachwortverzeichnis

Karstenrohr.............................................34

Lotus-Effekt .........................................242

Kiesnest ..................................................44

Luftgehalt .............................................298

Klebepacker..........................................159

Luftporengehalt ....................................131

Kleber ...........................................262, 263 Kohäsion ................................................46 Kohäsionskraft .......................................46 Kohlenstoffdioxid-Diffusionsstromdichte .......................................350

M Mahlfeinheit .........................................186 Masseverlust.........................................366 Maximalschichtdicke............................197

Kombinationspolymerisat.....................255

Mikrostruktur .......................................112

Komponente A .......................................83

Mindestfilmbildetemperatur .................101

Komponente B........................................83

Mindestschichtdicke.............................197

Konditionierung ...................................354

Monomer ................................................68

Konformitätsnachweissystem...................9

Mörtel .....................................................15

Konsistenz ............................130, 294, 297

– fasermodifizierter ..........................138

Korneinbindung....................................224

– methacrylatharzgebundener...........142

Korngrößenverteilung ..........................272 Korrosion..................................................1 Korrosionsgefährdung..........................107 Korrosionsschutz..114, 146, 147, 149, 342 Korrosionsschutzanstrich .....................153 Korrosionsschutzprinzip C...................150 Korrosionsschutzsystem – mineralisches .........................149, 153 Korrosionsverhalten .............................185 Kratzspachtelung..........................195, 196

N Nachbehandlung.......................21, 37, 128 Nachinjektion ...............159, 173, 180, 192 Nachvernetzung......................................86 Nassschichtdicke ..................................374 Nassspritzverfahren ..............................109 Natur-Kautschuk ..................................255 Nebenvalenz ...........................................54 Nebenvalenzkraft ...................................71

Kriechen .......................................136, 321

O

Kristallisation .........................................72

Oberflächenrauheit .................................40

Kugelstrahlverfahren..............................66

Oberflächenschutzschicht.............195, 209

Kühlturm ..............................................234

Oberflächenschutzsystem ........................... ..............................14, 57, 194, 195, 228

L

– OS 1...............................................201

Lamellen...............................................262

– OS 2...............................................209

Latex.......................................................98

– OS 4...............................................210

LAU-Anlagen.......................................239

– OS 5...............................................220

Leistungsmerkmal ........................9, 10, 11

– OS 5a .............................................214

Linienstärkenmaßstab.............................39

– OS 5b.............................................214

S

436

Sachwortverzeichnis

– OS 7...............................................221

Polymerdispersion ..........99, 104, 129, 214

– OS 8.......................................222, 247

Polymerisation ........................................69

– OS 9...............................................224

Polymermörtel ..............................141, 143

– OS 10.............................................228

Polymersilikat-Mörtel...........................237

– OS 11.....................................228, 247

Polyolen................................................174

– OS 11a ...........................................229

Polypropylenfaser.................................126

– OS 11b...........................................229

Polysulfid..............................................261

– OS 13.............................................233

Polyurethan.............88, 157, 164, 173, 181

Oberflächenspannung.............................52

Polyurethan-Epoxidharz-System ............92

Oberflächentrocknung ..........................297

Porenradienverteilung.............................22

Oberflächenvorbereitungsgrad .............154

Prüfnorm...............................................269

Oberflächenwiderstand.........................369

Pulver

Oberflächenzugfestigkeit..................23, 61

– redispergierbares............................100

Oberflächenzugprüfung..........................25

PVC-P...................................................255

Osmose ...................................................57

P

Qualitätssicherung

Parkhaus ...............................................245

– der Ausführung................................16

PC .........................................................115

Quellband .............................................261

PCC ..............................111, 115, 129, 140

Quellen .................................................306

PCC-System .........................................140

Quellprofil ............................................261

Pendeltest..............................................316

Quellverhalten ......................................183

Pfropfcopolymer.....................................76 Phenolphthaleintest.................................42 Photokatalytischer Effekt .....................242 pH-Wert................................................108 Physisorption ..........................................53 Pigment...................................................80 Polyaddition............................................71 Polyisocyanat........................................174 Polykondensation ...................................70 Polymer – vernetzes..........................................74 Polymer/Zement-Gemisch....................214

S

Q

Polymer-Blend........................................77 Polymerchemie .......................................68

R Randwinkel.....................................50, 206 Rauheit....................................................46 Rauheitsmessung ....................................50 Raumbeständigkeit ...............................289 Rautiefe ......................40, 49, 66, 198, 303 Reaktionsharz .........................................88 – kalthärtendes..................................165 Referenzbeton.......................................302 Regelwerk.............................................269 Restnorm...........................................13, 14 Riss .........................................................36 Rissaufweitung .....................................192 Rissbewegung.........................................39

437

Sachwortverzeichnis

Rissbildung.............................................36

Sorptionskoeffizient .............................320

Rissbreite..........................................36, 39

Spaltzugfestigkeit .................................293

– kritische .........................................207

SPCC ....................................115, 129, 137

Rissbreitenänderung .............................247

SPCC-System .......................................140

Rissfüllstoff ............................16, 158, 163

Spritzbeton .............63, 109, 115, 125, 126

Rissmaßstab............................................39

Spritzbetonschale..................................127

Risstiefe..................................................37

Spritzmörtel ..........................................109

Rissüberbrückung.........................217, 358

Spritzschatten .......................................110

Rissüberbrückungsfähigkeit .................226

Stabilisator..............................................78

Rissverpressung....................................106

Stahlfaser..............................................126

Rohdichte .............................................299

Stammkomponente .................................83

Rohstoff

Synthese-Kautschuk .....................255, 261

– nachwachsender ............................104

T

S

Taber-Abriebprüfgerät .........................346

Sandflächenverfahren.......................40, 49

Tauchverfahren.....................................355

Sandsäule..............................................293

Taupunkttemperatur ...............................63

Schichtdicke .........................117, 197, 374

Tausalzangriff.......................................313

Schichtdickenzuschlag .........................197

Teilchengröße.......................................101

Schlagfestigkeit ....................................362

Temperaturschock ................................313

Schornstein ...........................................234

Temperaturwechselbeanspruchung ......316

Schrägscherfestigkeit ...........................326

Temperaturwechselverträglichkeit .......313

Schrumpfen ..................................145, 344

Thermogravimetrie ...............................273

Schrumpfung ........................................331

Thermoplast......................................71, 72

Schwefelsäure.......................................235

– amorphes ...................................70, 72

Schwimmschicht ..................................228

– teilkristallines ..................................72

Schwinden ....................................136, 306

Thiobakterien .......................................235

Schwindverhalten .................................183

Tiefgarage.............................................245

Sekundenschaum..................................174

Topfzeit ................................................285

Silan................................................97, 201

Tränkung ......................................159, 164

Silan-Siloxan-Gemisch...........................98

Trennriss.................................................37

Silikon ....................................................94

Trinkwasserbehälter .....................235, 236

Silikonat .................................................96

Trockenmörtel ......................................128

Silikonharz .......................................95, 96

Trockenschichtdicke.............................375

Siloxan............................................97, 201

Trockenspritzverfahren ........................109

Sollschichtdicke ...................................197

Trocknungsprüfung ..............................366

S

438

Sachwortverzeichnis

U Umgebungsbedingung..........................120 Untergrund – Temperatur ......................................63 Untergrundvorbereitung .........................64

– unter Druck......................................35 Wasseraufnahmekoeffizient .........212, 216 Wasserbau ......................................61, 126 Wasserdampfdiffusion..........................211

V

Wasserdampf-Diffusionsstromdichte ...352

Verankerungsmörtel .............................265

Wasserdichtheit ....................................333

Verarbeitbarkeit....................................282

Wasserdurchlässigkeit ..........................354

Verarbeitungszeit..........................281, 285

Wassergehalt ....................................27, 28

Verbundfestigkeit ...................................49

– kritischer ..........................................62

Verbundmörtelsystem...........................266

Wasserrückhaltevermögen ...................131

Verhalten

Wegaufnehmer

– rheologisches .................................187

– induktiver.........................................40

Verschleißschicht .................................195

Weichmacher..........................................78

Verschleißwiderstand ...................224, 231

Wirkung

Verseifungsbeständigkeit .....................102

– rutschhemmende............................224

Versiegelung.................................195, 222

Witterungsbedingung .............................67

Verstärkungsstoff ...................................80 Verträglichkeit..............................334, 336 Viskosität......................166, 174, 183, 288 Volumenänderung ................................287 Vorsatzschale........................................127

S

Wasseraufnahme......................................... ....................34, 102, 206, 215, 319, 370

Z Zementleim...................157, 164, 186, 188 Zementleimsuspension .................157, 164 Zementmörtel................................115, 128 Zementsuspension ........................186, 188

W

Zugfestigkeit.........141, 168, 175, 324, 332

Wachs ...................................................241

Zugfestigkeitsentwicklung ...................332

Wärmeausdehnungskoeffizient ............318

Zulassung................................................14

Wartungsplan........................................246

Zusatzstoff ..............................................78

Wasserabsonderung..............................287

Zweischichtaufbau................................229