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Historische Betonoberflächen - eine Herausforderung für die DenkmalpflegeBetonsanierung in der Denkmalpflege ist ein spannungsreiches Themenfeld. Die Präsentation bietet einen kurzen Abriss über die vorhandenen Technologien, Chancen und Risiken der Betonsanierung in der Denkmalpflege. (Stand: 2007)
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Historische Betonoberflächen
HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Beton und Denkmalpflege
Beispiel: Wasserhochbehälter Völklinger Hütte
Erbaut 1917/1918 durch Wayss & Freytag
Technischer Wert:
Früher Eisenbetonbau (einer der ältesten und größten in SW-Deutschland)
Architektonischer Wert:
Frühes Beispiel einer neuen, sachlichen Industriearchitektur
Denkmalstatus: Weltkulturerbe
Zustand: Schattendasein
(Noch) keine Liebesbeziehung?
Oberfläche
Wichtig für die Denkmalpflege. Original Oberfläche dokumentiert Bau, Entstehung, Gestaltung
Daher besondere Bedeutung
Technische Aspekte:
Herstellungsweise, Schalbild, Kiesnester, Betontechnik
Architektonische Aspekte:
Schalbild, Farbe, Oberflächenbearbeitung
Original Oberfläche möglichst erhalten
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Anforderungen an eine denkmalgerechte Betoninstandsetzung
TECHNIK DENKMALPFLEGE
INSTANDSETZUNGSKONZEPT
GEBÄUDE
RichtlinienTechnologische Aspekte
Voruntersuchung, Schäden(Istzustand)Geplante Nutzung(Sollzustand)
Historische und Architektonische AspekteDenkmalwert
SANIERUNGErhalt von Bausubstanz und Erscheinungsbild
NACHBEREITUNGErfolgskontrolle, Wartung,
Monitoring
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Historischer Betonbau:Geringe Betonfestigkeiten (Norm: C12/15)
Oft höhere Festigkeiten durch Nacherhärtung
Schwankende Betonqualität durch: Baustellenbeton Handverdichtung Schwankende w/z-Werte (Konsistenz)
Oft solide handwerkliche Ausführung
Oft Statische Reserven (konservative Bemessung)
Keine homogene Qualität früher Betonbauten
Möglichst umfassende Voruntersuchungen erforderlich
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Typische Mängel:
Verwitterte und abgesandete Betonoberflächen- Klimatische Einflüsse, Luftschadstoffe
Flächige organische/mineralische Beläge - Ausblühungen, Schmutzkrusten, Bewuchs
Oberflächenrisse- Eigenspannung (Schwinden/Temperatur), Zwang, äußere Lasten
Abgeplatzte Betondeckung- Korrosion der Bewehrung durch Karbonatisierung oder Chloride
Hohlraumreiche Randzonen ohne Feinmörtelmatrix (Kiesnester)- Herstellungs-/Verarbeitungsmängel
Korrosion ohne sichtbaren Schaden- Karbonatisierung und Korrosion bei starker Betonüberdeckung
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
SanierungsmöglichkeitenElektrochemischen Prozess der Korrosion unterbinden, (Möglichkeiten nach der RiLi SIB DAfStb):
ANODISCHEN TEILPROZESS
UNTERBINDEN
KATHODISCHEN TEILPROZESS
UNTERBINDEN
ELEKRTOLYTISCHEN PROZESS
UNTERBINDEN
Repassivierung R
Alkalischer Spritzmörtel großflächig
R1
Alkalischer Mörtel
Ausbesserung
R2
Elektro-chemische
Verfahren
Rx
Beschichtung der Stahl-
oberflächen
C
Kathodischer Korrosions-schutz der Bewehrung
Absenkung des Wasser-gehaltes
K CP W
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Betonersatzsystemeund Denkmalpflege
Verlust der Oberfläche
Umfang möglichst gering halten, Reparaturstellen so unauffällig wie möglich
Normative Vorgaben nicht immer erste Wahl
Konflikte in der Betonsanierung aus denkmalpflegerischer Sicht:
Grundsatz Instandsetzungsrichtlinie: Sicherstellung Restnutzungsdauer (Denkmal: dauerhafter Erhalt)
Verlust/Eingriff in die original Oberfläche
Normative Vorgaben nicht immer einhaltbar bzw. erste Wahl (z.B. Oberflächenschutzsysteme)
Beispiel DIN ATV 18349 (Betonerhaltungsarbeiten) :
Die Endbeschichtung ist in hellem Grauton auszuführen
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
BetonersatzsystemeMindestumfang der SanierungsmaßnahmeGrundsätzlich:
Alle depassivierten Stähle mit aktiver Korrosion erfassen, bei zu geringer Betondeckung zusätzlich stahlbaumäßiger Korrosionsschutz
Ziel:
Möglichst geringer Eingriff in die Oberfläche. Reparaturstellen an Altbeton anpassen (möglichst unauffällige Sanierung)
Gefahr:
z.B. Verstärkte Korrosion durch Makroelementbildung bei zu gering gewähltem Sanierungsbereich
Voraussetzung:
Gründliche Voruntersuchung (z.B. Potentialmessung)
Übergang zum Altbeton:
Unauffällig (z.B. entlang Schalungsfugen), bestmöglich senkrechte Schnitte mit Trennscheibe (Tiefe > 5 mm)
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
BetonersatzsystemeZusammensetzung des ReparaturmörtelsZusammensetzung des Reparaturmörtels sollte möglichst der des Originalbetons entsprechen.
Hohe Zugfestigkeit erforderlich, sonst Gefahr der Plombenbildung (maximale Zugfestigkeit des Altbetons)
Übliche Reparaturmörtel (zumeist PCC-Mörtel) können i.d.R. optimal eingestellt werden.
Auswahl von Reparaturverfahren und Mörtelzusammensetzung unter folgenden Gesichtspunkten:• Schadensumfang• Betoneigenschaften• Gewünschtes Erscheinungsbild• Wirtschaftlichkeit / Denkmalwert
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
BetonersatzsystemeErscheinungsbild der Instandsetzungsfläche
Farbigkeit:
Farbe Zuschlag und Matrix
Einstellbar auch durch Weißzement mit Pigmenten
Bei dunklen Reparaturstellen Gefahr der Rissbildung durch Temperaturspannungen
Gesteinskörnung:Farbe, Größe und Struktur des Altbetons
Größtkorn Reparaturmassen:
• Spritzbeton 8 mm• Reparaturmörtel 4 mm (oft nur 2 mm)• Feinspachtel < 2 mm
Auswahl Reparatursystem
Evtl. Nachbearbeitung Reparaturstelle(Scharrieren, Auswaschen Feinanteil)
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
BetonersatzsystemeErscheinungsbild der Instandsetzungsfläche
Schalungsstruktur:
Spachtelmassen, reliefartige Nachbildung durch Spachteln schwierig/aufwändig, oft optisch unbefriedigend
Nachahmen Brettschalung durch Kellenschnitte
Nachahmen Holzstruktur durch Bürstenstrich
Einpressen von Schalung in frische Reparaturstelle schwierig: bei Spritzmörtel/-beton keine glättende Oberflächenbearbeitung zulässig, Gefahr der Verfärbung durch Schalöl (Altbeton abdecken)
Vorbetonieren einer Betonschale, bei Kleinflächen Problem Befestigung der Schalung, oft Platzmangel
Evtl. Einpressen von Injektionsmörtel in Schalung, Problem der Befestigung/Dichtigkeit der Schalung
Aufwand im Einzelfall prüfen
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Elektrochemische RealkalisierungVerfahren und WirkungsweiseVornorm: DIN CEN/TS 14038 – 1 (2004)
Zeitweise Beaufschlagung der Bewehrung mit negativer Ladung
Außenseitig Metallgitter als Anode in alkalisch getränktem Vlies (meist Sodalösung)
Dauer der Anwendung: 4-21 Tage (mind. 100 h)
Übliche Spannung: 1000 mA/m² Betonfläche (Norm: 4 A/m² Bewehrung)
Wirkungsweise
Bildung von Hydroxidionen an der Kathode, dadurch Erhöhung des pH-Wertes an der Bewehrung (Repassivierung)
Einwandern von Alkalien von außen durch Diffusion, Kapillartransport und Elektroosmose in die karbonatisierte Betonrandzone, dadurch Realkalisierung (Soda beständiger gegen CO2 (pH-Wert immer über 10,5))
(Wandern von Kationen (Cl-) zur Anode)
Elelektrolyt mit Metallgitter (Anode)
Anodensystem zeitweise
-
+
Bewehrungsstahl (Kathode)
Alkalien (Kapillartransport)
Elektrolyse (OH-Ionen)
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Elektrochemische RealkalisierungAnwendungsgrenzen, GefahrenNicht bei Chloridkorrosion anwendbar (dann als Verfahren Chloridextraktion in ähnlicher Anwendung)
Nicht anwendbar bei beschichteter oder verzinkter Bewehrung
Gefahr der Wasserstoffversprödung des Stahls, daher nicht für Spannbeton nutzbar
Gefahr der Aufheizung des Stahls bei zu hoher Stromdichte: Risse, Verringerung des Haftverbundes Stahl/Beton
Eventuell Alkali-Kieselsäure-Reaktion bei kritischen Zuschlagstoffen
Bei mehrlagiger Bewehrung: Gefahr der verstärkten Korrosion der unteren Bewehrungslage
Säurenbildung an der Anode, Beschädigung der Betonoberfläche möglich
Dauerhafte Realkalisierung der Betonrandzone (pH > 10) wird praktisch nicht erreicht
Dauerhaftigkeit der Maßnahme derzeit noch fraglich (Versuche laufen noch)
Monitoring erforderlich (Kontrolle Dauerhaftigkeit)Karbonatisierungsbremse empfohlen
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
KorrosionsinhibitorenDefinition: Korrosionshemmende Stoffe
Als Zusatzmittel im Frischbeton erprobt. Von der Chemieindustrie aber auch als Mittel zur Applikation auf Altbeton angeboten (z.B. von Sika)
Zusammensetzung:
2 Komponenten: Aminoalkohol und mineralische Verbindung (meist Phosphorverbindung)
Wirkungsweise:
Aminoalkohol und mineralische Verbindung dringen in den Beton ein und bilden auf der Stahloberfläche ein korrosionsstabiles Salz
Anwendung:
Mehrmaliges Auftragen durch Rollen oder Spritzen
Problem:
Mineralische Komponente fällt oft frühzeitig aus (Wirksamkeit?)
Alkohol bleibt in Lösung (Verflüchtigung?)
Erfolgsnachweis schwierig, Dauerhaftigkeit nicht gesichert, Erfolg bei bereits eingesetzter Korrosion nicht sicher, Unschädlichkeit?
Anwendung nur in sehr engem Rahmen Erfolg versprechend
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
OberflächenschutzsystemeInstandsetzungsrichtlinie: 3 prinzipielle Systeme
Hydrophobierungen
(OS 1/OS A)Untergrundvorbereitung für Beschichtungen
Imprägnierende Behandlung des Betons zur Herstellung einer wasserabweisenden Oberfläche
Keine Filmbildung
Keine Veränderung der Oberfläche
Nicht dauerhaft
Imprägnierung
(Versiegelung) Versiegelnde Behandlung des Betons zur Reduzierung der Oberflächenporosität
Grundierungen
Dünne Filmbildung
i.d.R. Veränderung der Oberfläche, Lasierende Systeme Möglich
Karbonatisierungsbremse
Systeme sind nicht explizit in der Instandsetzungsrichtlinie geregelt
Beschichtungen
(OS 2, 4, 5a/OS B, C, D II)Schichtbildende Behandlung des Betons
Geschlossener Film
Veränderung der Oberfläche
Rissüberbrückende Systeme
Veränderung der Oberfläche
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
OberflächenschutzsystemeHydrophobierungenVorteil: Keine Veränderung der Oberfläche, preiswert und einfach
Systeme: i.d.R. Silane oder Siloxane, teilw. mit Kieselsäureesther (Verfest.)
Wirkung: Erhöhung der Oberflächenspannung in den KapillarenUnterbinden des kapillaren Wassertransportes
Nachteile/Gefahren:
Nicht dauerhaft (Monitoring/Wartung erforderlich)
Verstärkte Karbonatisierung (Ungehindertes Eindringen von CO2 durch wasserfreie Poren), bei nachlassender Hydrophobierung verstärkte Korrosion möglich
Verstärktes Eindringen von Wasser durch Risse, dort verstärkte Salzbildung und Frostgefahr, Ausreichende Tiefe der Hydrophobierung notwendig
Bei stark gerissener Oberfläche möglicherweise keine ausreichende Absenkung des Wassergehaltes
Nachfolgende alternative Sanierungsmaßnahmen (z.B. Realkalisierung) kaum möglich (Kapillartransport behindert)
Verstärktes Eindringen von Wasser über Risse
Abtrocknung verstärkt über Risse: Gefahr durch Frost und Salzbildung
Tiefe Hydrophobierung verringert Problem
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Fazit
Möglichkeiten der Betonsanierung in der Denkmalpflege begrenzt:
Betonersatzsysteme verändern/zerstören die original Oberfläche, Anpassen von Farbe/Struktur an den Altbeton aufwändig und nicht immer zufrieden stellend.
Alternative Möglichkeiten (Realkalisierung, Korrosionsinhibitoren) sind zwar schon in der Anwendung, aber derzeit noch zu unerprobt, um flächendeckend einsetzbar zu sein. Dauerhaftigkeit unklar.
Oberflächenschutzsysteme greifen ebenfalls in die Oberfläche ein und verändern diese.
Geltende Normen und Vorschriften sind nicht immer zu 100 % umsetzbar.
Umfassende, sorgfältige Planung wichtig:• Sorgfältige Voruntersuchung zur Minimierung des Eingriffs• Für den Einzelfall abgestimmtes Instandsetzungskonzept• Minimaler Eingriff, Reparaturen so unauffällig wie möglich• Wartung und Monitoring ermöglichen rechtzeitiges Handeln
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Historische BetonoberflächenHERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
Büro für Altbausanierung und Denkmalpflege – Am Schillerpark 11 – 66333 Völklingen – T 06898/ 496 14 10
www.schwartzplan.de info@schwartzplan.de
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