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ZUSTANDSUNTERSUCHUNGEN AN 10 AUSGEWÄHLTEN PARKHÄUSERN - ERGEBNISSE EINES FORSCHUNGSVORHABENS DES DBV

Dipl.-Ing. Lars Wolff, Prof. Dr.-Ing. Michael Raupach

Institut für Bauforschung der RWTH Aachen, ibac

KURZFASSUNG

Mit Erscheinen der neuen DIN 1045-1: 2001-07 sowie der Hefte 525 und 526 des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton DAfStb wurden die Konstruktionsregeln für Parkhäuser gegenüber den bisher geltenden Regeln deutlich verändert und zum Teil verschärft. Im Zuge der Umsetzung der neuen Regelwerke wird zur Zeit unter anderem die Dauerhaftigkeit von Oberflächenschutzmaßnahmen intensiv diskutiert. Bisher ist z.B. nicht ausreichend geklärt, welche Schäden bzw. Mängel an Beschichtungen unmittelbar zu beheben sind bzw. welche Mängel an einer Beschichtung nicht oder nur über einen sehr langen Zeitraum zu einer Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit der Stahlbetonkonstruktion führen können. Dabei bestehen insbesondere Unklarheiten bezüglich der Schutzwirkung von Grundierungen unter abgenutzten Beschichtungen gegenüber Chlorideindringen und bezüglich der Korrosion der Bewehrung im Bereich von Rissen.

Zur Klärung dieser bisher offenen Fragen wurden im Rahmen eines vom Deutschen Beton- und Bautechnik Verein DBV geförderten Forschungsvorhaben zehn Parkhäuser in einem Alter von etwa 10 bis 30 Jahren umfassend untersucht. Kriterien zur Auswahl der Parkhäuser waren eine vergleichbare Konstruktion der Verkehrsflächen in Ortbeton, eine unmittelbar nach Herstellung erfolgte Beschichtung auf polymerer Basis sowie ein Mindestalter der Konstruktion von 10 Jahren.

ABSTRACT

With publication of the new German standard DIN 1045-1: 2001-07 as well as the documents 525 and 526 of the German Association for Reinforced Concrete DAfStb construction rules for parking structures have been changed and tightened relative to the previous regulations. With introduction of these new regulations the durability of coatings is intensively discussed. So far it is not sufficient clarified which defects of coatings can lead directly or after a certain time to a degradation of durability of the whole construction. Thereby the protection of the base coat under worned coatings has not sufficiently been investigated regarding the protection against chloride ingress and corrosion of the reinforcement in the area of cracks.

Within the scope of these questions ten parking constructions with an age between 10 and 30 years have been investigated within a research project of the German Concrete and Building Technique Association DBV. Criteria for the choice of the parking

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constructions were a similar type of construction of the traffic areas produced in onsite concrete, a coating which was applied directly after finishing the construction as well as a minimum age of the construction of 10 years.

Stichwörter: Parkhaus, Tiefgarage, Beton, Beschichtung, Dauerhaftigkeit, Korrosion, Chlorid, Bewehrung, Riss

Keywords: Parking Garage, underground car park, concrete, coating, durability, corrosion, chloride, reinforcement, crack

1. EINLEITUNG

Parkbauten unterliegen infolge der mechanischen Beanspruchungen durch den PKW-Verkehr, dauerhafter Feuchtebelastung durch eingeschlepptes Niederschlagswasser, lüftungsbedingter, teilweise hoher saisonbedingter Temperaturunterschiede zwischen den Sommer- und Wintermonaten sowie insbesondere winterlichem Streusalzeinsatz in und rund um die Parkbauten – Belastungen, die mit Verkehrsbauten im Bereich der Bundesfernstraßen vergleichbar sind.

Die typischen Schäden in Parkbauten werden oft durch eine mangelnde Abdichtung der Verkehrsflächen gegen Chlorideindringen, häufig verbunden mit einer unzureichenden oder gar nicht vorhandenen Entwässerung verursacht. Fehler in der Planung der Konstruktion oder der Bauausführung z. B. von Bauwerkstrennfugen führen zudem zu ungewollter Rissbildung in Form von Biege- oder Trennrissen. Die Folge sind durchfeuchtete Konstruktionselemente wie Decken oder Unterzüge, verbunden mit einem hohen Chlorideintrag infolge eingeschleppter Tausalze durch ein- und ausfahrende Pkw. Diese Einwirkungen können zur Bewehrungskorrosion, zunächst im Bereich der Risse, später auch im ungerissenen Bereich und im weiteren Verlauf verbunden mit Frosteinwirkung zu gravierenden Schäden an der Tragkonstruktion führen.

Zur Vermeidung dieser Schäden wurden speziell für Parkbauten die Anforderungen hinsichtlich Konstruktion, Art der verbauten Werkstoffe und Wartung in den letzten 15 Jahren stetig erhöht und den zunehmenden Anforderungen an die Dauerhaftigkeit der Konstruktion angepasst. Beispielhaft seien hier nur die neue Ausgabe der DIN 1045 aus dem Jahre 2001 oder die Hefte 525 und 526 des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) und das Merkblatt des DBV „Parkhäuser und Tiefgaragen“, welches im Herbst 2004 erscheinen wird, genannt. Mit der neuen DIN 1045-1:2001-07 wurden direkt befahrene Parkdecks mit Spritzwasserbeaufschlagung der Expositionsklasse XD3 zugeordnet. Aus Gründen der Dauerhaftigkeit wird in diesem Fall eine Mindestbetondeckung von 40 mm und eine Rissbreitenbeschränkung auf 0,3 mm gefordert. Ferner sind bei Parkdecks zusätzlich besondere Maßnahmen erforderlich, wie z. B. die Anordnung einer rissüberbrückenden Beschichtung.

Für die Baupraxis stellt sich die Frage, ob diese Forderungen bei Parkbauten technisch sinnvoll sind oder bei Anordnung einer Beschichtung unter bestimmten Bedingungen auch kleinere Betondeckungen ausreichen. Im Heft 525 des DAfStb wurden die Konstruktionsregeln bereits dahingehend geändert, dass bei Einhaltung entsprechender projektbezogener Wartungsintervalle eine Verminderung auf die Expositionsklasse XD1 und eine Reduktion der Bewehrungsüberdeckung von 10 mm zulässig sind. Zu den im Rahmen der Wartungsintervalle durchzuführenden Prüfungen sowie der bei Auftreten von Mängeln durchzuführenden Maßnahmen wurden allerdings keine Angaben gemacht.

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Während Trennrisse bei bestimmten Konstruktionen weitgehend vermieden werden können bzw. ohnehin durch Verpressen als Einzelmaßnahme ohne vollflächiges Oberflächenschutzsystem behandelt werden können, besteht bei Biegerissen die Frage, ob bei einer starren Beschichtung ausreichend viel Wasser durch den Riss in den Beton gelangt, dass es zu schädlichen Korrosionserscheinungen kommen kann. So ist es durchaus denkbar, dass zwar nennenswerte Chloridgehalte durch bei starren Beschichtungen auftretende Risse bis zur Bewehrung vordringen, es allerdings nicht zu starker Makrokorrosionselementbildung kommen kann, da sich Feuchtigkeit nur in unmittelbarer Rissnähe befindet und nicht in den Nachbarbereichen, so dass sich keine großen Kathoden ausbilden können. In dem Fall könnten für direkt befahrene Parkdecks bei entsprechender Planung und Ausführung auch starre Beschichtungen anwendbar sein.

Im Rahmen des vorgestellten Forschungsvorhabens sollten die vorgenannten Fragen praxisnah geklärt werden, indem unterschiedliche Parkhäuser mit einem Alter von 10 bis 30 Jahren vergleichend untersucht wurden. Dazu gehörten im Einzelnen die Entnahme von Bohrmehlproben für die Ermittlung von Chloridtiefenprofilen und Bohrkernen, Bestimmung des Chloriddiffusions-Koeffizienten des Betons durch Migrationstests (RCM-Test), Bestimmung der Betondeckung, Analyse des aufgebrachten Oberflächenschutzsystems sowie eine Analyse des Bauwerks hinsichtlich Ausbildung eines ausreichenden Gefälles, Vorhandensein von Trenn- oder Biegerissen usw.

Es ist geplant, den vollständigen Forschungsbericht in Kürze über den Deutschen Beton- und Bautechnik Verein DBV im Rahmen der Schriftenreihe zu veröffentlichen, so dass er über den DBV bezogen werden kann.

2. AUSWAHL DER PARKHÄUSER

Die Auswahl der Parkhäuser und Tiefgaragen erfolgte auf Basis der in einer Beratergruppe festgelegten folgenden Kriterien:

- Parkdeckoberfläche in Ortbeton;

- Keine vorgespannte Konstruktion;

- Alter des Parkhauses mindestens 10 Jahre;

- Aufbringen der Beschichtung zeitnah nach den Betonierarbeiten (< 1 Jahr);

- Art der Beschichtung: Kunststoffbeschichtung mit EP-Grundierung analog zur Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ des DAfStb, im folgenden kurz Rili SIB genannt.

Der Umfang der Untersuchungen wurde auf 10 Parkhäuser bzw. Tiefgaragen festgelegt. Der Schwerpunkt sollte dabei auf oberirdischen Parkbauten liegen, da in diesem Fall durch die direkte Bewitterung mit saisonbedingten deutlich höheren Temperaturgradienten sowie einer stärkeren Bewitterung in Form von Sonneneinstrahlung, Regen und Schnee von einer deutlich höheren Beanspruchung auszugehen ist.

Die Suche der Parkhäuser erfolgte über Parkhausbetreiber, Baufirmen, Ingenieurbüros, die bauchemische Industrie bzw. Beschichtungshersteller sowie Immobiliengesellschaften. Die

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Bereitschaft zur Unterstützung des Forschungsvorhabens war bei allen angesprochenen Firmen sehr groß. Als schwierig gestaltete sich jedoch der Wunsch, Objekte mit einem Alter von mehr als zehn Jahren zu finden, die unmittelbar nach Fertigstellung mit einer polymeren Beschichtung versehen wurden. Obwohl die erste Fassung der Rili SIB bereits im Jahre 1990 und die Neufassung der DIN 1045 im Jahr 1988 erschienen sind, hat sich die Erkenntnis der Notwendigkeit einer Beschichtung bei Parkbauten erst nach und nach durchgesetzt. So sind selbst zum heutigen Zeitpunkt noch eine Vielzahl an Parkbauten unbeschichtet und weisen nur die vor 15 bis 20 Jahren üblichen Betondeckungen von etwa 30 mm auf. Schäden und dadurch bedingte umfangreiche Instandsetzungsmaßnahmen sind somit auch in Zukunft zu erwarten.

Objekte, die deutlich älter als 15 Jahre sind, sind zwar in Einzelfällen selbst bei einem Alter von etwa 30 Jahren direkt nach Fertigstellung beschichtet worden. Infolge der begrenzten Nutzungsdauer polymerer Beschichtungen wurden diese jedoch bereits erneuert, so dass bei diesen Objekten Aussagen zur Schutzwirkung der Beschichtungen oder der Bewertung der eingedrungenen Chloridkonzentrationen nur eingeschränkt möglich waren.

Das Durchschnittsalter der untersuchten Parkhäuser liegt bei etwa 20 Jahren. Die untersuchten Beschichtungen entsprechen allerdings infolge des teilweise hohen Alters nur bedingt dem heute üblichen Standard nach Rili SIB bestehend aus Grundierung sowie der ein- oder mehrschichtigen hauptsächlich wirksamen Oberflächenschutzschicht hwO und ggf. einer Deckversiegelung.

3. UNTERSUCHUNGSMETHODEN

Nach Beschreibung des Allgemeinzustandes der einzelnen Objekte hinsichtlich Entwässerung, Zustand der Beschichtung, Vorhandensein von Betonaplatzungen etc. wurden die folgenden Untersuchungen durchgeführt:

• Zerstörungsfreie Bestimmung der Betondeckung mittels magnetoelektrischer Verfahren

• Entnahme von Bohrkernen in ungerissenen und gerissenen Bereichen mit einem Durchmesser von 100 mm zur Bestimmung des Chloridmigrationskoeffizienten und des Korrosionszustandes der Bewehrung

• Bestimmung von Chloridtiefenprofilen durch Bohrmehlentnahme und Bestimmung des Gesamtchloridgehaltes im Tiefenraster 0 - 7 mm, 7 - 14 mm, 14 - 21 mm, 21 - 30 mm, 30 - 40 mm sowie 40 - 50 mm

• Bestimmung des Chloridmigrationskoeffizienten mit dem RCM-Test

• Bestimmung der Art der Beschichtung mit der Photoakustikspektroskopie PAS

• Potentialfeldmessung zur Ortung von Bereichen mit hoher Korrosionswahrscheinlichkeit

• Bestimmung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Biege- und Trennrissen

Aufgrund der vorhandenen Beschichtung konnte die Potentialfeldmessung nur in einem Objekt durchgeführt werden, bei dem aufgrund der bereits nahezu vollständig abgefahrenen Beschichtung eine flächige Kontaktierung des Betons möglich war. Die einzelnen

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Untersuchungsmethoden sind im Forschungsbericht ausführlich beschrieben. Details zu den durchgeführten RCM-Tests finden sich zudem in [1].

4. BESCHREIBUNG DER OBJEKTE

Eine Übersicht der untersuchten Objekte mit Angabe des Alters, der Größe, der Art der vorhandenen Beschichtung sowie ggf. weiteren Konstruktionsdetails ist in Tabelle 1 dargestellt.

Obwohl die Objekte über einen Zeitraum von etwa 30 Jahren geplant und gebaut wurden und die Schäden an Parkbauten infolge chloridinduzierter Korrosion weiterhin stark zunehmen, wurde nur in zwei der zehn untersuchten Objekte ein auf die Konstruktion angepasstes Entwässerungskonzept geplant und angeordnet. In acht Objekten war kein Gefälle vorhanden. Die Entwässerung erfolgt, wenn überhaupt über wenige Punkteinläufe, die teilweise nicht einmal im Bereich der Verkehrsflächen oder Stellflächen angeordnet waren.

Trennrisse waren in nahezu allen Bauwerken vorhanden und wurden in der Mehrzahl der Fälle auch verschlossen. Allerdings wurde in allen Fällen ein Epoxidharz zur Injektion verwendet, so dass sich die Risse infolge weiterhin vorhandener Rissbewegungen wieder geöffnet haben. So kann es neben einem raschen Korrosionsfortschritt der Bewehrung auch infolge anstehenden Regen- und Schmelzwassers zu Schäden an abgestellten Pkw durch abtropfendes mit Alkalien angereichertes Wasser im Bereich der Trennrisse kommen.

Bei der Entnahme von Bohrkernen in Trennrissen zeigte sich, dass diese Risse in der Mehrzahl der Fälle im Bereich der Arbeitsfugen der Deckenfelder lagen. Diese wurden bei den Betonierarbeiten glatt abgeschalt. Der nächste Betonierabschnitt wurde ohne Aufrauhen der Oberfläche direkt an die Arbeitsfuge anbetoniert. Infolge der Schwächung des Betonquerschnittes traten die Risse somit primär in diesen Bereichen auf. Im folgenden Bild 1 ist ein behandelter Trennriss in einer Konstruktion dargestellt, der sich aufgrund der Verwendung eines starren Epoxidharzes wieder geöffnet hat. Im rechten Bild ist ein typischer Bohrkern im Bereich eines Trennrisses dargestellt. Die glatte Abschalung im Bereich der Arbeitsfuge ist deutlich zu erkennen.

Bild 1: Behandelter Trennriss mit erneuter Öffnung des Risses (links) und typischer Bohrkern in einem Trennriss mit glatter Abschalung der Arbeitsfuge

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5. VERGLEICH UND BEWERTUNG DER PARKHÄUSER 5.1 Allgemeines

In den folgenden Kapiteln erfolgt die Auswertung und Bewertung der Ergebnisse der Laboruntersuchungen hinsichtlich Chlorideindringen durch die Beschichtung, Auswertung der Chloridmigrationskoeffizienten der Konstruktionsbetone sowie des Korrosionszustandes der Bewehrung in Biege- und Trennrissen. Dabei werden die Ergebnisse der einzelnen Objekte vorgestellt und bewertet.

5.2 Chloriddiffusionskoeffizient DRCM, t der Konstruktionsbetone

Die Bestimmung des Chloridmigrationskoeffizienten erfolgte mit dem sogenannten RCM Test. Je Parkhaus wurden zwei bis drei Bohrkerne für den RCM-Test entnommen. Sofern davon ausgegangen werden konnte, dass die Entnahmebereiche mit der gleichen Betonrezeptur erstellt worden sind, wurden die Einzelwerte zu einem Mittelwert zusammengefasst. Bei Ge-genüberstellung der einzelnen Parkhäuser werden sowohl der Mittelwert als auch die Einzelwerte angegeben.

Aufgrund der Veränderungen der Anforderungen der DIN 1045 hinsichtlich der Betonzu-sammensetzung und der maximal zulässigen w/z-Werte wurden die Ergebnisse der RCM-Tests chronologisch gegenübergestellt. Bei Objekt 2 wurde wegen des in den Zwischendecks aufgebrachten Zementestrichs nur das Freideck berücksichtigt, bei Objekt 4 nur der Konstruktionsbeton unterhalb des aufgebrachten Zementestrichs. Im folgenden Diagramm sind als Ergebnis des RCM-Tests die Mittelwerte als arithmetisches Mittel sowie die Maxima und Minima in zeitlicher Reihenfolge des Objektalters geordnet dargestellt.

Bild 2: Vergleich der nach Alter der Objekte geordneten Diffusionskoeffizienten DRCM, t in m²/s•10-12

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Im betrachteten Zeitraum sind drei Generationen der DIN 1045 in den Jahren 1972, 1977 und 1988 erschienen. Eine entscheidende Änderung für die Betonzusammensetzung ergab sich allerdings im wesentlichen erst mit der Ausgabe 1988, mit der der maximal zulässige w/z-Wert für die neu eingeführte Exposition „hoher Frost-Tausalzwiderstand“ mit 0,50 festgelegt wurde. Die in den RCM-Versuchen ermittelten Diffusionskoeffizienten zeigen jedoch keine eindeutige Verringerung der Diffusionskoeffizienten bei den jüngeren Bauwerken.

Die Schwankungsbreiten der ermittelten Diffusionskoeffizienten innerhalb eines Parkhauses erscheinen bei einigen der untersuchten Objekten wie z. B. Objekt 1 oder Objekt 10 im Deckenbereich unerwartet hoch. Sie betragen bei den genannten Objekten mehr als 100 % bezogen auf den Minimalwert. Da die Versuchskörper aus größeren Tiefen der Deckenquer-schnitte von mindestens 3 bis 4 cm entnommen wurden, kann eine in Teilbereichen ggf. unzureichend durchgeführte Nachbehandlung nicht die Hauptursache sein. Vielmehr scheint es sich hier entweder um eine unzureichende Verdichtung oder Schwankungen in der Mi-schungszusammensetzung des Transportbetons zu handeln.

Zur Berechnung langfristig zu erwartender Chloridkonzentrationen am Bauwerk ist der in den RCM-Versuchen ermittelte Migrationskoeffizient DRCM,0 bzw. DRCM,t auf den effektiven Diffusionskoeffizienten Deff,C und somit die im Parkhaus herrschenden realen Verhältnisse umzurechnen. Dazu wird DRCM,0 bzw. DRCM,t mit dem Alterungsterm A(t) und den Faktoren kt und ke multipliziert.

)()( 0,, tAkDktD tRCMeCEff ⋅⋅⋅= (1)

a

tttA

=

0)( (2)

⋅⋅−⋅=

tDxerfCtxC

ClEff

S

,21),( (3)

mit:

ke: Parameter zur Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit von DEff,C

kt: Übertragungsparameter zur Erfassung von Abweichungen zwischen den Verhältnissen beim RCM-Test und realen Bedingungen im Parkhaus

a: Exponent zur Erfassung der Zeitabhängigkeit von DEff,C

t0: Referenzzeitpunkt in s

t Betonalter in s

C(x,t): Chloridgehalt des Betons in der Tiefe x in M.-% bezogen auf Zementgehalt

DEff, Cl: Effektiver Chloriddiffusionskoeffizient von Beton zum Zeitpunkt der Bestimmung des Chloridtiefenprofils in m²/s

CS: Chloridkonzentration an der Betonoberfläche zum Zeitpunkt t in M.-% bezogen auf Zementgehalt

x: Tiefe in mm gerechnet von der Betonoberfläche

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t: Alter der Konstruktion in s

erf: Fehlerfunktion

Nachfolgend werden die einzelnen erforderlichen Parameter zur Berechnung der langfristig zu erwartenden Chloridtiefenprofile auf Basis des vorgestellten Modells beschrieben.

Die anzusetzende Oberflächenkonzentration CS kann aus Untersuchungen z. B. von Gehlen /1/ oder auch aus den im Rahmen des Forschungsvorhabens bestimmten Chloridtiefenprofilen bestimmt werden. Bei den Chloridanalysen am unbeschichteten Objekt 1 wurden Werte von etwa 4,4 M.-% bezogen auf Zement ermittelt, bei Objekt 9 lagen die Maximalwerte für CS bei etwa 5,5 M.-%. Gehlen hat bei eigenen Untersuchungen Oberflächenkonzentrationen von etwa 4,8 M.-% ermittelt.

Der kritische Chloridgehalt, ab der mit Depassivierung der Stahloberfläche zu rechnen ist, wird für Stahlbeton nach Rili SIB mit mindestens etwa 0,5 M.-% bezogen auf Zement angegeben. Je nach Art und Chloridbindevermögen des Zementes, der Zugabe von Zusatzstoffen, dem Feuchte-gehalt des Beton etc. kann der praktische Wert deutlich über diesem Wert liegen.

Sofern die RCM-Versuche im Labor an jungen Betonen, etwa nach einem Alter von 28 Tagen ermittelt werden, muss eine Nachhydratation des Betons berücksichtigt werden, da diese mit zunehmendem Alter zu einer deutlichen Gefügeverdichtung und somit sinkenden Diffusionskoeffizienten führt. Dieser Altersexponent a hängt dabei maßgeblich von der Art des Zementes sowie der Zugabe möglicher latent-hydraulischer oder puzzolanischer Zusatzstoffe ab. Dabei wird üblicherweise für CEM I-Betone ein Alterungsexponent a von 0,30 und für CEM III-Betone ein Alterungsexponent von 0,45 angesetzt. Diese fortlaufende Gefügeverdichtung erfolgt allerdings nur bei einer kontinuierlichen Wassersättigung des Betons, bei einer zyklischen Feuchtebeaufschlagung mit anschließenden Trockenphasen ist dieser Ansatz nicht anwendbar.

Da im vorliegenden Fall die Bestimmung des Migrationskoeffizienten DRCM,t an den Objekten entnommenen Bohrkernen vorgenommen wurden, die bereits ein Mindestalter von etwa 10 Jahren aufwiesen, ist davon auszugehen, dass bei diesen Bohrkernen keine maßgebliche Gefügeverdichtung mehr erfolgt.

Zur Berechnung der langfristig zu erwartenden Chloridtiefenprofile in Parkhäusern ist die Festlegung des Übertragungsfaktors kt erforderlich, der die Abweichungen zwischen dem unter beschleunigten Bedingungen ermittelten Chloridmigrationskoeffizienten DRCM,0 bzw. DRCM,t und dem unter natürlichen Bedingungen relevanten Diffusionskoeffizienten Deff,C berücksichtigt.

Die Größe des Faktors kt hängt dabei maßgeblich von der Art der Exposition des Bauwerks und damit von der wirksamen Chloridbelastung auf der Betonoberfläche ab. Während diese Chloridbelastung bei Küstenbauwerken im Bereich unter Wasser und der Wasserwechselzone durch Berechnungen basierend auf dem Salzgehalt des Meerwassers ermittelt werden kann, ist die Chloridbelastung in Meeresnähe („Salzhaltige Luft“) bereits vom Mikroklima im Bereich des Bauwerks abhängig.

Da für Parkhäuser bisher keine systematischen Untersuchungen zur Größenordnung von kt vorliegen, wurde im Folgenden kt auf Basis der am unbeschichteten Objekt 1 ermittelten Chlo-ridtiefenprofile näherungsweise bestimmt. Aufgrund der unterschiedlich stark ausgeprägten Winter in Deutschland und der somit stark schwankenden Streusalzeinsätze kann dieser Wert

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allerdings nur eine erste Abschätzung darstellen. Je nach Anzahl der jährlichen Streusalzeinsätze kann dieser Faktor deutlich von den im Folgenden genannten Werten abweichen.

Zur pragmatischen Festlegung der Größenordnung von kt wurden im Folgenden die maximalen und minimalen Profile von Objekt 1 herangezogen und kt in der Form variiert, dass das nach 30 Jahren ermittelte Chloridtiefenprofil mit diesen beiden realen Profilen übereinstimmt. Die anhand dieser Vorgehensweise bestimmten Werte für kt wurden zu 0,04 bis 0,135 ermittelt.

Zur Berechnung der langfristig zu erwartenden Chloridkonzentrationen am unbeschichteten Objekt 1 werden im folgenden die in Tabelle 2 zusammengestellten Werte verwendet:

Tabelle 2: Eingangsparameter der Dauerhaftigkeitsbetrachtung für Objekt 1

Parameter Einheit Wert 1 2 3

Chloridmigrationskoeffizient des Objekts 11) m²/s 7,68 • 10-12

Oberflächenkonzentration CS M.-%/Z 4,4 Mitteltemperatur TIst °C 10 Regressionsparameter be - 4800 Altersexponent a - 0,45 (CEM III) Übertragungsparameter kt

2) - 0,04 / 0,135 Referenzzeitpunkt A 30

1) Mittelwert aus drei Einzelmessungen 2) Iterative Ermittlung von ke zur Anpassung der rechnerischen Profile an die ermittelten Profile

Im folgenden Diagramm sind die bei Ansatz von kt in der dargestellten Größenordnung zu erwartenden zeitabhängigen Chloridkonzentrationen in der Tiefe der Bewehrung von 45 mm dargestellt.

10

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 10 20 30 40 50 60

Zeit [a]

45 mm, kt=0,13545 mm, kt=0,04

Chloridkonzentration in M.-% bez. auf Zement

Bild 3: Berechnete Entwicklung des Chloridgehaltes in der Tiefe x = 45 mm des Objektes 1, Eingangsparameter DRCM, t = 7,65 • 10-12 m²/s, CS = 4,4 M.-%

Während bei Ansatz von kt = 0,135 eine Depassivierung der Stahloberfläche nach einer Standzeit von etwa 17 Jahren zu erwarten ist, ist bei Ansatz von kt = 0,04 auch nach einer rechnerischen Standzeit von 50 Jahren kein kritischer Chloridgehalt in Höhe der Bewehrung zu erwarten. Da sich Objekt 1 allerdings in einer Gegend mit milden Wintern und somit nur seltenen Streusalz-einsätzen befindet, ist davon auszugehen, das kt z. B. in den Mittelgebirgen oder den Alpen deutlich größere Werte annehmen kann. Aus diesem Grund wird in den folgenden Ausführungen auch ein geschätzter Wert für kt von 0,5 angesetzt.

Im folgenden Diagramm und der Tabelle werden für diese drei Werte von kt die maximal zulässigen Werte für DRCM,0 zum Referenzzeitpunkt von 28 Tagen ermittelt. Dabei wird wie im Diagramm dargestellt eine Betondeckung von 45 mm sowie ein kritischer korrosionsauslösender Chloridgehalt von 0,5 M.-% bezogen auf Zement angesetzt. Kriterium für krit. DRCM,0 ist dabei, dass nach einer Standzeit von 50 Jahren der kritische korrosionsauslösende Chloridgehalt in der Tiefe der Bewehrung von 45 mm soeben erreicht wird. Die Berechnungen wurden für CEM I Betone mit einem Alterungsexponenten von 0,3 und für CEM III-Betone mit einem Wert für a von 0,45 durchgeführt.

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0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 10 20 30 40 50 60

Zeit [a]

Chloridkonzentration in M.-% bez. auf Zement in einer Tiefe von 45 mm

kritischer korrosions-auslösender Chloridgehalt

Alterungs-exponent

a

Übertragungs-parameter

kt

Krit. DRCM, 0

- - m²/s•10-12

1 2 3

0,3

0,5 6,5

0,135 24,1

0,04 81,3

0,45 0,5 17

0,135 63 0,04 213

Bild 4: Berechnung des maximal zulässigen Chloridmigrationskoeffizienten DRCM,0 bei

Variation von kt, Referenzzeitpunkt t = 28 Tage; Kriterium ist eine kritische Chloridkonzentration in einer Tiefe von 45 mm von 0,5 M.-% bez. auf Zement nach 50 Jahren (s. Diagramm)

Da bei Parkhäusern entsprechend der Definition der DIN 1045 07.01 für Chloridangriff die Exposition XD3 (wechselnd nass und trocken, z. B. direkt befahrene Parkdecks) maßgebend ist, ist eine mit Wasserbauwerken vergleichbare, dauerhafte Nachbehandlung durch einen hohen Feuchtesättigungsgrad eher von untergeordneter Bedeutung. Aus diesem Grund wird neben den bisher angesetzten Werten von 0,30 und 0,45 für a zur Berechnung von DRCM,0

auch ein an der unteren Grenze liegender geschützter Wert von 0,1 angesetzt. Dieser Wert muss für die Exposition Parkhaus/ Tiefgarage allerdings erst durch weitergehende Forschungsarbeiten nachgewiesen werden.

Im folgenden Diagramm werden die direkt an den Objekten bestimmten Chloridmigrationskoeffizienten DRCM,t mit den in Bild 4 dargestellten Grenzwerten für DRCM,0 verglichen. Da bei den vorgestellten Berechnungen eine Betondeckung von cnom = 45 mm zu Grunde gelegt wurde, bei den einzelnen Objekten jedoch zum Teil deutlich geringere Be-tondeckungen ermittelt worden sind, bedeutet die Einhaltung der genannten Grenzwerte al-lerdings nicht zwangsläufig eine gesicherte Dauerhaftigkeit der Konstruktion von 50 Jahren.

12

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

50,0

DRCM 7,6 8,8 10,9 4,6 16,5 2,6 15,9 3,8 3,4 9,7 15,0 27,6

1 2 3 4 5 6 7 8a 8b 9 10a 10b

Chl

orid

mig

ratio

nsko

effiz

ient

DR

CM

in

m²/s

ec •1

0-12

a = 0,45 DRCM, 0 = 17 • 10-12

a = 0,30 DRCM, 0 = 6,5 • 10-12

a = 0,10 DRCM, 0 = 1,8 • 10-12

CEM III

CEM I

Bild 5: Vergleich der an den Bauwerken ermittelten Chloridmigrationskoeffizien-ten DRCM,t mit den zuvor ermittelten Grenzwerten für DRCM,0; Übertra-gungsfaktor kt = 0,5, übrige Faktoren wie in Tabelle 2

Bei den Objekten 1,2 und 4, bei denen CEM III eingesetzt worden war, ist mit dem Ansatz von 0,45 für a nicht mit einer Depassivierung der Bewehrung innerhalb der Standzeit von 50 Jahren zu rechnen. Bei dem mit CEM I hergestellten Verkehrsflächen und einem entsprechenden Ansatz von a mit 0,3 ist hingegen bei der Mehrzahl der Bauwerke mit einer Depassivierung der Bewehrung innerhalb der rechnerischen Standzeit von 50 Jahren zu rechnen. Bei Ansatz des spekulativen Wertes für a von 0,1 liegen hingegen alle an den Bauwerken bestimmten Migrationskoeffizienten über dem Grenzwert von DRCM, 0 von 1,8 • 10-12 m²/s und lassen somit eine Depassivierung der Bewehrung innerhalb der rechnerischen Standzeit von 50 Jahren erwarten.

5.3 Zustand und Schutzwirkung der Beschichtungen 5.3.1 Allgemeines

In den folgenden Kapiteln erfolgt ein Vergleich der aufgebrachten Beschichtungen hinsichtlich Aufbau, Verschleißwiderstand sowie Schutzwirkung gegen Chlorideindringen. Dazu werden im folgenden Kapitel zunächst die einzelnen Beschichtungsaufbauten vorgestellt und hinsichtlich verwendeter Bindemittel, Aufbau und Schichtdicke beschrieben. In den weiteren Kapiteln erfolgt die Bewertung des Verschleißwiderstandes sowie der Schutzwirkung gegen das Eindringen von Chloriden. Eine Übersicht über die Beschichtungen der untersuchten Objekte ist in Tabelle 3 dargestellt.

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5.3.2 Verschleißwiderstand der Beschichtungen Aufgrund der unterschiedlichen Nutzungsfrequenzen der einzelnen Objekte und des unter-schiedlichen Alters sind die zum Untersuchungszeitpunkt vorhandenen Verschleißerscheinungen der einzelnen Beschichtungssysteme nur bedingt zu vergleichen. Trotz dieser Einschränkungen sind allerdings generelle Schlussfolgerungen im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit der unterschiedlichen Beschichtungssysteme möglich.

So sind die in einigen Objekten vorhandenen Beschichtungssysteme auf Basis eines Phenolharzes oder einer Acrylatdispersion für befahrbare Flächen ungeeignet. Sowohl der reine Verschleißwiderstand dieser glatten Beschichtungen als auch die Rutschsicherheit bei Nässe entsprechen nicht den heutigen Anforderungen für Parkhäuser.

Starre Epoxidharzsysteme mit einem hohen Füllgrad mit Quarzkorn hingegen zeigten bei den untersuchten Objekten in der Mehrzahl der Objekte nur geringe Verschleißerscheinungen. Eine zusätzliche Kopfversiegelung, wie sie z. B. bei den OS 8 Systemen auf Basis der Rili SIB, Ausgabe 1990 /5/ nur optional empfohlen wird, kann durch die bessere Korneinbindung den Verschleißwiderstand deutlich erhöhen. Zudem führt ein groberes 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.

Bei zwei Objekten wurde die Deckversiegelung mit einer deutlich größeren als z. B. bei heutigen OS 8-Systemen üblichen Auftragsmenge appliziert, so dass nahezu alle Täler zwischen den Quarzkörnern ausgefüllt wurden. Diese gute Einbindung des Quarzkorns bietet den Vorteil, dass ein Herausbrechen einzelner Körner durch überfahrende Reifen stark verringert wird. Nachteilig wirkt sich diese hohe Auftragsmenge allerdings auf die Rutschsicherheit der Beschichtung für Fußgänger aus. In den folgenden zwei Bildern sind starre Beschichtungssysteme der Objekte 7 und 9 dargestellt. In beiden Fällen wurden die Bohrkerne direkt aus dem Verkehrsbereich der Objekte entnommen. Während in Objekt 9 starke Verschleißerscheinungen der Beschichtung in Form eines Ausbrechens der Quarzkörner vorhanden sind, sind im Objekt 7 nahezu keine Ver-schleißerscheinungen feststellbar.

Bild 6: Vergleich einer starren abgestreuten Epoxidharzbeschichtung ohne Deckver-siegelung (links: Alter 15 Jahre) und mit Deckversiegelung (rechts: Alter 10 Jahre); 1 Skalenteilung entspricht 0,1 mm

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Eine Abstreuung der Grundierung beeinflusst ebenfalls signifikant die Verschleißfestigkeit einer Beschichtung. Neben einer Verbesserung der mechanischen Verzahnung zwischen den einzelnen Schichten wirkt sich diese Maßnahme zudem günstig auf den Bauablauf aus, da in diesem Fall z.B. bei ungünstigen Witterungsbedingungen längere Stillstandszeiten zwischen den einzelnen Schichten als 24 Stunden möglich sind.

5.3.3 CO2 Eindringwiderstand der Beschichtungen

Die Karbonatisierungstiefe an den Bohrkernen wurden nach Spalten der Kerne und Aufsprühen von Phenolphthalein bestimmt. Dabei wurde die Karbonatisierungstiefe sowohl direkt unterhalb der Beschichtung als auch an den Rissflanken der Trennrisse bei starrer Beschichtung bestimmt.

In keinem der untersuchten Bohrkerne wurden Karbonatisierungstiefen größer 3 bis 5 mm direkt unterhalb der Beschichtung gefunden. In der Mehrzahl der Fälle konnte praktisch keine Karbonatisierungstiefe bestimmt werden. Im Bereich der Trennrisse wurde erwartungsgemäß an den Rissflanken ein deutlicher Einfluss der Karbonatisierung gemessen.

Hinsichtlich CO2-Eindringen sind die untersuchten Beschichtungen somit als praktisch CO2-undurchlässig einzustufen.

5.3.4 Chlorideindringen durch Beschichtungen

Das Chlorideindringen durch Beschichtungen in Beton geschieht über eine oder mehrere der Transportmechanismen Diffusion, Kapillares Saugen und Permeation. Die Permeation ist aufgrund eines nur selten vorhandenen kapillaren Wasserdruckes allerdings von untergeordneter Bedeutung.

Der maßgebliche Transportmechanismus von Chloriden in Beton ist nach /2/ und /3/ die Diffusion, die durch das 2. Fick’sche Gesetz beschrieben werden kann. Die ermittelten Chloridtiefenprofile folgen in der Regel einem hyperbolischen Verlauf.

Aufgrund des unterschiedlichen Alters der einzelnen Parkhäuser und der damit verbundenen unterschiedlich langen Chloridbeaufschlagung der Beschichtungsoberfläche sowie der un-terschiedlichen Aufbauten der einzelnen Beschichtungssysteme sind die ermittelten Chlorid-tiefenprofile der einzelnen Parkhäuser nicht direkt miteinander vergleichbar. Zur Bewertung des Chlorideindringwiderstandes der verschiedenen OS-Aufbauten wurde daher die folgende Vorgehensweise gewählt:

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• Bestimmung von Chloridtiefenprofilen in ungerissenen Bereichen der Beschichtung im Objekt.

• Berechnung des effektiven Chloriddiffusionskoeffizienten Deff,Cl,B des Gesamtsystems Beschichtung – Beton auf Basis der ermittelten Chloridtiefenprofile und der Standzeit des Bauwerks.

• Bestimmung des Chloridmigrationskoeffizienten DRCM,t des Konstruktionsbetons der einzelnen Objekte mittels RCM-Test.

• Bestimmung der Differenz zwischen DRCM,t und Deff,Cl,B als Maß für die Reduktion des Chlorideindringens infolge der aufgetragenen Beschichtung.

Dabei sind allerdings die folgenden Randbedingungen zu beachten. Je nach Aufbau der Be-schichtung, Alter sowie Verschleiß- und Alterungserscheinungen verändert sich der Chlorid-eindringwiderstand der Beschichtung mit der Zeit. Zudem verändert sich infolge der Aus-trocknung mit zunehmender Standzeit die Feuchteverteilung des Betons.

Dazu gelten die bereits in /1/ genannten Einschränkungen bei Ermittlung des Chlorid-diffusionskoeffizienten aus Chloridtiefenprofilen:

- Der Transport von Chloriden erfolgt vor allem bei hohen Feuchtegehalten nicht nur nach den

Gesetzen der Diffusion sondern auch infolge eines Huckepack-Transportes mit der kapillar eindringenden Feuchtigkeit.

- Bei Austrocknung des Betons kommt es zu einem Rücktransport von Chloriden zur Oberfläche.

- Eine Veränderung der Betonrandzone infolge Karbonatisierung führt zu einer Veränderung der Transportgeschwindigkeit der Chloride und zudem zu einer veränderten Chloridbindekapazität des Betons.

- Auslaugeffekte können ebenso wie eine Karbonatisierung das Chloridbindevermögen des Betons verändern.

Aufgrund der direkt nach Erstellung der Parkdecks aufgebrachten Beschichtung haben diese Faktoren jedoch nur noch einen untergeordneten Einfluss, da sich zum einen die Feuch-teverteilung im beschichteten Beton nur über einen langen Zeitraum von vielen Jahren maß-geblich verändert. Zum anderen findet unterhalb einer Beschichtung eine deutlich verlangsamte Karbonatisierung des Betons statt, die wie bereits gezeigt bei heutzutage üblichen befahrbaren, rissüberbrückenden Beschichtungen praktisch zum Erliegen kommt.

Aus diesem Grund kann bei der Ermittlung des Chloriddiffusionskoeffizienten aus den Chloridtiefenprofilen im vorliegenden Fall auf die von Gehlen /1/ vorgeschlagene Verfah-rensweise verzichtet werden, bei der unmittelbar an der Oberfläche liegende Datenpunkte unberücksichtigt bleiben. Ein typisches Chloridtiefenprofil eines beschichteten Betons ist im folgenden Diagramm dargestellt.

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0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0 10 20 30 40 50 60

Abstand x von der Betonoberfläche in mm

Chl

orid

konz

entr

atio

n be

z. a

uf

Zem

ent i

n M

.-%am Bauwerk ermitteltes Chloridtiefenprofil

Regression nach dem 2. Fick'schen Gesetz

Bild 7: Typisches Chloridtiefenprofil eines beschichteten Betons (Alter 25 Jahre, Acrylatbeschichtung, d = 100 µm, Beschichtung nahezu abgefahren)

Der aus den Profilen der beschichteten Bauwerke ermittelte Chloriddiffusionskoeffizient wird im Folgenden als effektiver Diffusionskoeffizient DEff,Cl,B bezeichnet, da das der Berechnung zugrunde liegende Chloridtiefenprofil nicht ausschließlich durch Diffusionsprozesse, sondern durch Überlagerung der genannten Transportmechanismen Diffusion und kapillarer Stofftransport unter Berücksichtigung der genannten Fehlerquellen entstanden ist.

Die in Bild 8 dargestellten Chloriddiffusionskoeffizienten Deff,Cl,B aus den Chloridtiefenprofilen zeigen je nach Art und Schichtdicke der Beschichtung deutliche Unterschiede im Bereich zwischen 0,17 m²/s bis 1,85 m²/s. Der Wert der Phenolharzbeschichtung aus Objekt 9 wird im Folgenden nicht weiter betrachtet, da hier aufgrund des deutlich überhöhten Diffusionskoeffizienten sowie der für das Bauwerksalter von etwa 15 Jahren unerwartet hohen Chloridkonzentrationen im Beton Unzulänglichkeiten in der Bauausführung anzunehmen sind. Zudem ist bei dieser Beschichtung aufgrund einer Schichtdicke von weniger als 60 µm nicht von einer nennenswerten Schutzwirkung gegen Chlorideindringen auszugehen.

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0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

D eff aus Prof ilen 0,61 0,17 0,34 1,85 1,67 0,60 0,36 0,10 0,30 8,33 0,77 0,38

D eff aus RCM 8,83 7,28 10,87 4,61 16,53 2,63 15,93 3,78 3,40 9,74 15,00 27,63

2 Estrich OS8

2 Beton OS11a

3 Acrylat

4 OS 8

5 EP

6 EP

7 EP

8 Tiefgar. EP

8 Parkhaus

EP

9 EP

10 Hydropho-

bierung10 OS 8

effe

ktiv

er C

hlor

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ffusi

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in m

²/s *

10-1

2

Bild 8: Vergleich der Diffusionskoeffizienten aus Chloridtiefenprofilen Deff,Cl,B und DRCM,t aus den RCM-Versuchen

Selbst bei einer mit heutigen Beschichtungssystemen nicht mehr vergleichbaren Acrylatbe-schichtung z. B. in Objekt 3 ist eine signifikante Verringerung des Chlorideindringens fest-zustellen. Da zumindest bei heutigen Beschichtungssystemen in jedem Fall eine Grundierung aufgetragen wird und dies teilweise auch bei den untersuchten Objekten durchgeführt wurde, ist selbst bei einer visuell abgefahrenen und verschlissenen Beschichtung noch von einer deutlichen Schutzwirkung gegenüber Chlorideindringen auszugehen.

So wirken sich bei Vorhandensein einer Beschichtung zwei Faktoren positiv auf die Schutz-wirkung gegenüber Chlorideindringen aus. Zum einen wird durch die vorhandene Beschichtung die Oberflächenkonzentration CS auf der Betonoberfläche deutlich gesenkt. Während beim unbeschichteten Objekt 1 oder beim Objekt 9, bei dem nur eine Schichtdicke von 60 µm aufgebracht worden ist, Oberflächenkonzentrationen von etwa 4,5 M.-% Cl bezogen auf Zement gemessen wurden, betrug dieser Wert bei den nach Rili SIB beschichteten Objekten etwa 0,4 M.-%. Ein Saugeffekt nach einer ausgedehnten Trockenphase, der infolge der Kapillarkräfte zu hohen Chloridkonzentrationen an der Oberfläche führen kann, wird durch eine Beschichtung ebenso vermieden. Zudem wird durch die vorhandene Beschichtung der Wassergehalt des Betons deutlich abgesenkt, so dass der effektive Chloriddiffusionskoeffizient deutlich verringert wird.

Am Beispiel des Objektes 4 wird allerdings sichtbar, dass für einen dauerhaften Schutz gegenüber Chlorideindringen Mindestschichtdicken erforderlich sind, die teilweise über den heute üblichen Schichtdicken liegen. In diesem Fall wurde ein OS 8 System nur mit einer an der unteren Grenze der Rili SIB, Ausgabe 1990 liegenden Mindestschichtdicke von etwa 1 bis 1,5 mm aufgetragen. Diese Mindestschichtdicke resultierte allerdings im wesentlichen aus der Größe des Quarzkorns, nicht jedoch aus der Dicke der reinen Epoxidharzschicht. Somit ergaben sich im Bereich größerer Quarzkörner offenbar Durchlässigkeiten der Beschichtung, da in diesen Bereichen ausschließlich die nicht abgestreute Grundierung die durchgehende Filmbildung bewirkt hat. Dementsprechend ist der aus den Chloridprofilen ermittelte Diffusionskoeffizient Deff,Cl,B mit 1,85 • 10-12 m²/s gegenüber anderen Beschichtungssystemen deutlich erhöht. In den folgenden zwei Bildern sind

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Aufnahmen dieser OS 8 Beschichtung dargestellt. In beiden Bildern sind deutlich Bereiche zu erkennen, in denen die hwO keinen durchgehenden Film ausgebildet hat sondern lediglich die Grundierung.

Bild 9: OS 8-System mit nicht ausreichender Schichtdicke der hwO und ungünstiger Abstimmung zwischen Trockenschichtdicke und Größe des Quarzkorns (1 Skalenteilung entspricht 0,1 mm)

Eine in der Rili SIB angegebene Mindestschichtdicke sollte sich aus diesem Grund auf die Schichtdicke des Reaktionsharzes (Epoxidharz oder Polyurethan) und nicht auf die Korngröße des Abstreukorns beziehen.

5.4 Korrosionszustand der Bewehrung in Biege- und Trennrissen

Risse sind Bestandteil nahezu einer jeden Stahlbetonkonstruktion. Problematisch sind diese Risse nur, wenn sie infolge einer unplanmäßig großen Rissbreite einen optischen Mangel darstellen oder korrosionsauslösende Stoffe über den Riss zum Stahl vordringen können. Bei Parkbauten sind dies in erster Linie Chloride, die den Stahl im Rissbereich örtlich depassivieren und somit eine Makrokorrosionselementbildung möglich wird. Im Rissbereich läuft die anodische Teilreaktion mit der Eisenauflösung ab, während in den ungerissenen Nachbarbereichen die kathodische Teilreaktion abläuft.

Für die Aufrechterhaltung der anodischen Teilreaktion im Rissbereich ist ausschließlich das Vorhandensein von Chloriden und Wasser erforderlich. Da im Bereich der Anode praktisch kein Sauerstoff verbraucht wird, hat die Rissbreite auf den Korrosionsfortschritt nur einen unter-geordneten Einfluss. Entscheidend sind zum einen die Chloridkonzentration im Riss, zum anderen ggf. der anodische Polarisationswiderstand im Rissbereich sowie der elektrolytische Widerstand im Beton zwischen Anode und Kathode, der direkt mit dem Wassergehalt des Betons korreliert, und die Belüftungsverhältnisse in den Nachbarbereichen.

In Trennrissen hingegen sind die Transportmechanismen im Gegensatz zu Biegerissen deutlich ungünstiger, so dass die Korrosionsgeschwindigkeiten i.d.R. deutlich über denen in Biegerissen liegen. Da in Trennrissen chloridhaltiges Wasser direkt durch den Riss läuft, kommt es zu einer raschen Aufkonzentration von Chloriden an den Rissufern. Zudem ist der Wassergehalt in der Umgebung des Trennrisses i. d. R. gegenüber Biegerissen deutlich erhöht. Aus diesem Grund

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können bei Trennrissen größere Kathoden vorhanden sein, die die anodische Eisenauflösung beschleunigen. In Extremfällen können die Abtragsraten des Bewehrungsstahls im Trennriss Werte von bis zu 1 mm/Jahr annehmen.

Abgesehen von der Korrosionsproblematik kann es im Bereich von Trennrissen durch abtropfendes Wasser infolge der mitgeschleppten Alkalien zu Lackschäden an abgestellten PKW kommen.

Während die Erläuterungen zu der neuen Ausgabe der DIN 1045 in den Heften 525 (5) und 526 (6) keine Unterscheidung mehr zwischen Biege- und Trennrissen treffen, wurden in den Erläuterungen zur alten DIN 1045, Ausgabe 1988 noch diese beiden Rissarten unterschieden /7/. So wurde nach Abschnitt 17.6.1 für durchgehende Trennrisse ein besonderer Schutz vorgeschrieben, sofern auf sie stark chloridhaltiges Wasser (z. B. aus Tausalzanwendung) einwirkt. Bei Biegerissen hingegen ging man davon aus, dass infolge eines Selbstheilungseffektes oder einer ausreichenden Qualität der Betondeckung ein ausreichender Korrosionsschutz der Bewehrung auch bei Chlorideinwirkung gegeben sei. Eine besondere Schutzmaßnahme für den Rissbereich wurde somit nur empfohlen, nicht aber vorgeschrieben.

Sofern eine flächige Beschichtung vorhanden ist, nimmt der elektrolytische Widerstand des Betons mit zunehmender Beschichtungsdauer infolge der zunehmenden Austrocknung des Betons zu, wodurch der elektrolytische Teilprozess im Makroelement gehemmt wird. Bei fortschreitender Austrocknung ist somit von einer sich stetig verkleinernden Kathodenfläche rund um den Rissbereich auszugehen, wodurch gleichzeitig der anodische Teilprozess gehemmt wird. Die Abtragsrate an der Anode ist dabei entsprechend der folgenden Formel direkt proportional zur Kathodenfläche.

A

KKorr

AAKV ⋅= (4)

mit:

VKorr: Korrosionsabtrag an der Anode in mm/a

K: Systemabhängige Konstanste (u. a. abhängig von der Treibspannung = Differenz der Potentiale zwischen Anode und Kathode)

AK: Kathodenfläche

AA: Anodenfläche

Zur Untersuchung dieses Einflusses wurden in den 10 Objekten sowohl in Biege- als auch Trennrissen Bewehrungsstähle ausgebaut und für die Beurteilung der Art der Korrosionserscheinungen mittels der Clark’schen Lösung gebeizt. Somit konnten bereits kleine Korrosionsnarben (Pittings) sichtbar gemacht werden. Weiterhin wurde direkt an der Stahloberfläche im Rissbereich die Chloridkonzentration bestimmt. In Tabelle 4 sind Bewehrungsstähle aus untersuchten Objekten mit Angabe des Alters der Konstruktion, Betondeckung, Rissbreite an der Oberfläche, Chloridkonzentration und Aufnahme des ausgebauten und gebeizten Stahls dargestellt. In allen dargestellten Fällen war eine Beschichtung aufgebracht.

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Der in Objekt 7 ausgebaute Stahl im Bereich eines Trennrisses zeigt bereits nach einer Dauer von 10 Jahren Querschnittsverluste von mehr als 50 %. Die Chloridgehalte unmittelbar am Stahl betrugen 2,1 M.-%/Zement.

Im Fall des Parkhauses 3, das mit einer Acrylatbeschichtung versehen war, konnten aufgrund der praktisch abgefahrenen Beschichtung Potentialfeldmessungen im Bereich von Biegerissen durchgeführt werden. Im folgenden Bild ist das Ergebnis dieser Messung für einen Biegeriss dargestellt. Die maximale Risstiefe betrug etwa 10 cm, ging also deutlich über die in einer Tiefe von etwa 5 cm befindliche Stahllage hinaus. Im Bild sind jeweils die Chloridgehalte am Stahl sowie die Rissbreite angegeben.

Bild 10: Potentialfeldmessung im Bereich eines Biegerisses des Objektes 3, Angabe der Chloridkonzentrationen in M.-% bez. auf Zement in Höhe der Bewehrung, Potentiale in mVCSE

Die bei der Potentialfeldmessung ermittelten Potentiale im Rissbereich liegen bei minimal etwa -150 mVCSE und sind in erster Linie vermutlich auf Feuchtigkeitsunterschiede im Rissbereich und der Umgebung zurückzuführen. Trotz eines Chloridgehaltes unmittelbar auf der Stahloberfläche von mehr als 1 M.-% sowie eines Alters des Parkhauses von etwa 20 Jahren wurden zudem keine Korrosionsspuren am Stahl festgestellt.

Im Fall des Objektes 8 betrug die Chloridkonzentration etwa 2,4 M.-%. Die festgestellten Korrosionsspuren sind jedoch in Anbetracht des Alters der Konstruktion von 19 Jahren und der hohen Chloridkonzentration vergleichsweise gering.

Bei Objekt 5 hingegen führte bereits eine lokale Chloridkonzentration von 0,5 M.-% zu Lochfrasserscheinungen im Rissbereich.

Biegerisse erscheinen auf Basis der untersuchten Objekte vor allem bei Vorhandensein einer intakten Beschichtung im ungerissenen Bereich deutlich weniger kritisch zu sein als Trennrisse. Maßgeblichen Einfluss dürfte dabei neben der Beschichtung auch die große Betondeckung gehabt haben, die zwischen 30 und 50 mm lag.

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6 ZUSAMMENFASSUNG

Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse des Forschungsvorhabens zusammengefasst.

- Beschichtungen auf Basis von Acrylatdispersionen oder Phenolharzdispersionen sind für befahrbare Flächen wie z.B. Parkbauten ungeeignet.

- Starre Beschichtungen zeigen bei ausreichender Schichtdicke und Kopfversiegelung selbst nach 15 bis 20 Jahren nur geringe Verschleißerscheinungen. Sofern keine Rissüberbrückung erforderlich ist, sollten dementsprechend starre Beschichtungen vorgezogen werden.

- Selbst bei visuell abgefahrenen Oberflächenschutzsystemen heutiger Bauart (Epoxidharz-grundierung mit einer Auftragsmenge von etwa 300 bis 400 g/m² + hwO) ist noch von einer vorhandenen Schutzwirkung der Grundierung gegenüber Chlorideindringen von ca. 5 bis 10 Jahren, nachdem die Beschichtung abgefahren wurde, auszugehen.

- Bei einer vorhandenen Beschichtung nach Rili SIB wird die Einwirkung von Chloriden und Feuchtigkeit auf den Beton maßgeblich gesenkt. Eine Reduktion von XF4 auf XF1 entsprechend Heft 525 des DAfStb /5/ erscheint somit sinnvoll.

- Starke Schwankungen der Betonqualität bei vorhandenen Parkhäusern erfordern hinsichtlich Chlorideindringen in jedem Fall eine Beschichtung. Zudem ist die vorhandene Betondeckung bei bereits bestehenden Bauwerken i. d. R. kleiner als nach DIN 1045 07.01 erforderlich.

- Arbeitsfugen bedürfen einer entsprechenden sorgfältigen Ausführung, um Undichtigkeiten und Trennrissbildungen in diesem Bereich zu vermeiden. Eine glatte Abschalung oder Profilierung der Arbeitsfugen ist nicht ausreichend.

- Trennrisse treten in Parkhäusern wesentlich häufiger auf als Biegerisse. Aufgrund der größeren Rissbreite und Rissbreitenänderung, jedoch der geringeren Anzahl an Rissen sind in bestimmten Fällen starre Systeme in Verbindung mit einer lokalen Rissbehandlung im Ver-gleich zu rissüberbrückenden und somit weicheren Systemen in Erwägung zu ziehen.

- Biegerisse sind hinsichtlich der Korrosionsgeschwindigkeit bei vorhandener Beschichtung auf Basis der vorliegenden Untersuchungen als erheblich unkritischer anzusehen als Trennrisse. Weitere Untersuchungen zur genauen Bestimmung der Korrosionsgefahr in Biegerissen für verschiedene Betonexpositionen sind jedoch erforderlich.

- Eine probabilistische Lebensdauerbemessung von Parkhäusern ist zur Zeit infolge der Parametervielfalt noch ungenau. Weitere Untersuchungen sind erforderlich.

- Eine Gefälleausbildung mit ausreichend dimensionierter Entwässerung wird dringend empfohlen. Sie war jedoch nur in wenigen Objekten vorhanden.

Hinsichtlich eines zu vereinbarenden Wartungsplanes zur Verminderung der Expositionsklasse von XD3 auf XD1 sowie der erforderlichen Betondeckung von cmin um 10 mm auf Basis des Heftes 525 des DAfStb /5/ erscheint auf Basis der vorliegenden Ergebnisse folgendes Vorgehen sinnvoll:

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- Wartungsintervalle von 0,5 Jahren in den ersten zwei Jahren nach Fertigstellung des Gebäudes: In diesem Zeitraum ist mit der Entstehung neuer Trennrisse zu rechnen, die die Rissüberbrückungsfähigkeit einer elastischen Beschichtung überschreiten oder zum Aufreissen einer starren Beschichtung führen können. Da Trennrisse hinsichtlich der Korrosionsgeschwindigkeit im Riss als kritisch anzusehen sind, sollte hier eine Instandsetzung der Risse möglichst schnell erfolgen. Da dieser Zeitraum innerhalb der üblichen Gewährleistung (i. d. R. 3 bis 5 Jahre) des ausführenden Unternehmens liegt, ist es möglich, den Wartungsvertrag für die ersten zwei Jahre direkt vertraglich mit diesem Unternehmen zu vereinbaren.

- Nach Ablauf der ersten zwei Jahre kann das Wartungsintervall auf 2 Jahre vergrößert werden, da die Bildung neuer Trennrisse nach zwei Jahren unwahrscheinlich ist. Sollten sich in diesem Zeitraum offene Biegerisse in der Beschichtung zeigen, sind diese hinsichtlich der Korrosionsgeschwindigkeit im Rissbereich nicht so kritisch wie Trennrisse anzusehen. Daher ist eine theoretisch maximale Dauer bis zum Verschließen des Risses von zwei Jahren vertretbar. Zeigen sich neben Rissbildungen Verschleißerscheinungen der Beschichtung im ungerissenen Bereich, sind diese ebenfalls zügig zu beheben.

Weitere Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Praxis sind im vollständigen Bericht des DBV enthalten.

7 Literatur [1] Raupach, M. ; Dauberschmidt, C.: Dauerhaftigkeit von Küstenbauwerken : Anforderungen

an Diffusionskoeffizienten von Betonen. Aachen : Institut für Bauforschung, 2004.- Forschungsbericht Nr. F 903

[2] Kropp, J. ; Hilsdorf, H.K. ; Grube, H. ; Andrade, C. ; Nilsson, L.-O.: Transport mechanisms and definitions. London : E & FN Spon, 1995. - In: Performance Criteria for Concrete Durability, RILEM Report 12 (Kropp, J. ; Hilsdorf, H.K. (Ed.)), S. 4-14

[3] Thomas, M.D.A. ; Bamforth, P.B.: Modelling Chloride Diffusion in Concrete Effect of Fly Ash and Slag. In: Cement and Concrete Research 29 (1999), Nr. 4, S. 487-495

[4] Raupach, M. ; Wolff, L.: Bauwerksuntersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beschichtungen auf Parkhäusern. Ostfildern : Technische Akademie Esslingen, 2004. In: Verkehrsbauten : Schwerpunkt Parkhäuser. 1. Kolloquium, Ostfildern, 27. und 28. Januar 2004 (Gieler-Breßmer, S. (Ed.)), S. 685-692

[5] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: Erläuterungen zu DIN 1045-1. Berlin : Beuth. - In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (2003), Nr. 525

[6] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: 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

[7] Schießl, P.: Grundlagen der Neuregelung zur Beschränkung der Rißbreite. 4. Aufl. Berlin : Beuth. - In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (1994), Nr. 400, S. 157-175

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Tabelle 1: Übersicht der untersuchten Parkhäuser

Objekt Nr. Art des Objektes Alter Betondeckung Vorwiegende Rissart Art der Beschichtung - - Jahre mm - - 1 2 3 4 5 6 1 Tiefgarage 30 40 ÷ 50 Trennrisse -

2 Parkhaus 15 40 ÷ 501) Trennrisse Zwischendeck: OS 8 Freideck: OS11b

3 Parkhaus 25 45 ÷ 50 Biegerisse AY-Beschichtung 4 Tiefgarage 10 - 2) Biege/Trennrisse OS 8 5 Tiefgarage 16 35 ÷ 45 Trennrisse EP-Beschichtung 6 Tiefgarage 23 40 ÷ 55 Biege/Trennrisse EP-Beschichtung

7 Tiefgarage 10 40 ÷ 60 Trennrisse Fahrbereiche: EP-Beschichtung Parkbereiche: PF-Beschichtung

8 Tiefgarage 19 35 ÷ 60 Trennrisse Fahrbereiche: EP-Beschichtung Parkbereiche: AY-Beschichtung

Parkhaus 15 30 ÷ 50 Trennrisse PF-Beschichtung 9 Tiefgarage 15 25 ÷ 50 Trennrisse PF-Beschichtung

10 Parkhaus 13 35 Trennrisse3) Zwischendecks: Hydrophobierung Freideck: Gussasphalt Rampen: OS in Anlehnung OS 8

1) Verbundstahlfaserestrich in den Zwischendecks, Angabe der Betondeckung im Bereich des Freidecks 2) Verbundestrich 3) Durch π-Platten und unterseitige Abdeckung in der Wirkung als Biegerisse einzustufen, siehe Beschreibung Objekt 10 EP: Epoxidharz AY: Acrylat PF: Phenolharz

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Tabelle 3: Zusammenstellung der untersuchten Beschichtungen

Objekt Aufbau, Bindemittel und mittlere Schichtdicke der Beschichtung Alter Bezeichnung nach Rili SIB Grundierung Hauptsächlich wirksame

Oberflächenschutzschicht Verschleißschicht/ Deckversiegelung

Bindemittel Schichtdicke1) Bindemittel Schichtdicke1) Bindemittel Schichtdicke1) - - mm - mm - mm Jahre - 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Objekt 2 - EP mit QS 1,6 - 15 In Anlehnung an OS 8 EP mit QS 1,0 PUR mit QS 2,3 - - OS11b

Objekt 3 - Acrylat n.b. - 25 Nicht einzuordnenObjekt 4 EP mit QS 0,3 EP mit QS 0,7 EP 0,5 10 OS 8 Objekt 5 Typ a EP mit QS 0,3 EP mit QS 1,5 - -

16 In Anlehnung an OS 8

Objekt 5 Typ b EP mit QS 0,3 EP mit QS 0,25 - - Zusätzliche Egalisierschicht d = 1,4 mm (EP + QS)

Objekt 6, Oberdeck - EP mit QS 1,1 EP 0,3 22 In Anlehnung an OS 8 Objekt 6, Unterdeck - EP mit QS 0,5 EP 0,4 Objekt 7 EP - EP mit QS 1,5 EP 0,9 10 In Anlehnung an OS 8 Objekt 7 Phenolharz - PF 0,18 - Nicht einzuordnen Objekt 8 EP Tiefgarage - EP mit QS 1,0 EP 0,5

19 In Anlehnung an OS 8

Objekt 8 Phenolharz Tiefgarage - PF n.b. - - Nicht einzuordnen

Objekt 8 Parkhaus - PF n.b. - - 15 Nicht einzuordnen Parkhaus 9 n.b. PF n.b. - - 15 Nicht einzuordnen Parkhaus 10 - EP 2,8 - 13 In Anlehnung an OS 8

1) Mittelwert aus 10 Einzelwerten je Bohrkern EP: Epoxidharz; PUR: Polyurethan; PF: Phenolharz; QS: Quarzsand; n.b.: nicht bestimmbar (d < 50 µm)

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Tabelle 4: Darstellung ausgebauter Bewehrungsstähle aus Biege- und Trennrissen

ObjektNr.

Alter Art des Risses

Rissbreite an der Oberfläche

Beton-deckung

Cl-Gehalt an der Stahloberfläche

Maximale Lochtiefe Restquerschnitts-fläche

Aufnahme des gebeizten Stahls

- Jahre - mm M.-%/Zement mm % - 1 2 3 4 5 6 7 8 9

3 25 Biegeriss w = 0,3 50 1,2 0,0 100

5 16 Trennriss w = 0,2 40 0,5 2,75 ca. 40

6 22 Biegeriss w = 0,3 50 1,0 0,0 100

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ObjektNr.

Alter Art des Risses

Rissbreite an der Oberfläche

Beton-deckung

Cl-Gehalt an der Stahloberfläche

Maximale Lochtiefe Restquerschnitts-fläche

Aufnahme des gebeizten Stahls

- Jahre - mm M.-%/Zement mm % - 1 2 3 4 5 6 7 8 9

7 10 Trennriss w = 0,8 75 2,1 3,4 ca. 25

8 19 Biegeriss w = 0,4 30 2,4 2,5 ca. 90

9 15 Biegeriss w = 0,3 40 0,8 0,3 ca. 95