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Ingenieurleistungen Betonsanierung
Mikrozement in der Bauwerkssanierung
Kurzbeschreibung der Technologie
von: Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch. Ing. Frank Siebrecht und Dipl.- Ing. Andreas Heinze, SFI
In der Bundesrepublik Deutschland werden z.Zt. ca. 36 Mio. t Zement pro Jahr hergestellt. Mithin ergibt sich ein jährliches Bauvolumen für Betonkonstruktionen in der Größenordnung von ca. 80 Mio. m3. Berücksichtigt man ferner, dass große Mengen Beton in der Vergangenheit nicht immer so verbaut worden sind, wie es nach heutiger Erkenntnis hätte sein sollen, so ist offensichtlich, dass die Instandsetzung und -haltung von Massivbauwerken immer mehr in das Blickfeld der Bauingenieure rücken. Bisher wurde dieses Marktsegment häufig vom Maler- und Lackiererhandwerk abgedeckt. Immer öfter ist jedoch die Kompetenz des Bauingenieurs gefragt, um ein fachgerechtes Sanierungskonzept zu entwickeln. Eine große Zahl von Bau-, Ausführungs- und Sanierungs- (!)fehlern führt zu Rissen und Schäden in den Bauwerken, die, nach der Diagnose über deren Entstehung und Ursachen, saniert werden müssen.
Stellen sich Risse in einem Bauwerk ein, so kann das Tragwerk hinsichtlich Lastabtragung, Verformung, Nutzung und Dauerhaftigkeit beeinflusst werden. Je nach Sanierungskonzept können die Risse abgedeckt oder verfüllt werden.
Neben Sanierungssystemen auf Kunststoffbasis bietet sich an, Massivbauteile mit dem gleichen Stoff zu sanieren, mit dem sie einst gebaut worden sind. Leider hat sich bei der Vermessung der Zementkörner und den ersten praktischen Versuche von Anfang der 90 er Jahre ergeben, dass die Standardzemente zu grob sind zum Herstellen von geeigneten Zementleimen für feine Risse. Die in der Baugrundverbesserung und im Talsperren- und Tunnelbau üblichen Zementinjektionen eigen sich nicht für die Risseverpressung in Massivbauwerken.
Es lag daher nahe, Feinstzemente zu entwickeln, die aus theoretischer Sicht den Anforderungen genügen mussten. Durch gezielte Beeinflussung von Mikrozementen sind mineralische Füllstoffe entwickelt worden, die das Füllen von im Stahlbeton zu erwartenden schadensbedingten Rissbreiten ermöglichen. Die zum Einsatz kommenden Ultrafeinbindemittel weisen eine Mahlfeinheit (d95-Wert) von 6 bis 27 µm auf und liegen daher weit unter denen von Standardzementen. Die Injektionssuspensionen können als Bingham Fluid mit Tixotropie beschrieben werden. Nach Überwindung der Anfangsschwierigkeiten und dem Ansammeln von handwerklichem Fachwissen können heute auch schwierige Anwendungen sicher ausgeführt werden.
Heute ist das form- und kraftschlüssige Fügeverfahren in Betonbauten mittels Mikrozementinjektionen ein anerkanntes Verfahren und entspricht den Regeln der Technik. Das Verfahren eignet sich auch und insbesondere zur Komplettierung und Sanierung von WU-Bauteilen und dem Einkleben von Bewehrung-auch in nasser Umgebung. Die Problempunkte Arbeits- und Umweltschutz sind-im Gegensatz zu Verfahren auf Kunststoffbasis-ohne Bedeutung, da das Bauwerk mit den gleichen Werkstoffen saniert wird, aus denen es gebaut wurde.
Bei der Spezifikation der Ausgangseigenschaften von Zementsuspensionen ist die exakte Kenntnis des d95-Wertes der Bindemittelkomponente zur Einstellung der Fließeigenschaften wichtig. Ferner hat die Aufbereitungstechnik und -zeit maßgebenden Einfluss auf die Eigenschaften der Suspension. Rührpaddel und Schneckenmischer, wie sie aus der Anmischung von Dünnbettklebern bekannt sind, dürfen nicht zum Einsatz kommen. Reiskorngroße Bindemittelballungen wären die Folge. Nur Spezialmischer schaffen eine optimale Aufbereitung. Kolloidal-Mischer bringen im Gegensatz zu Dissolver-Mischern viel mechanische Energie in die Suspension, was einerseits eine sehr homogene Suspension ergibt, andererseits aber auch zu einer erheblichen Aufheizung führen kann.
Bei einer optimal aufbereiteten Suspension und einer fachgerecht hergestellten Injektionsbasis können heute Risse bis hinunter zum 8-fachen d95-Wert sicher verpresst werden. Bedingt durch die Aufbereitung der Suspensionen mit Wasser, können mit Zementsuspensionen auch wasserführende Risse injiziert werden. Für die Injektion kommen in erster Linie Niederdruckgeräte zur Anwendung, denn eine langsame, aber stetige Injektion hat eine größere Eindringtiefe, als eine solche mit hohem Druck und großer Geschwindigkeit. Hier kommt zum Tragen, dass eine Stützlinie aus Zementkörnern (Staumauereffekt) schnell das Ende einer Injektion bedeuten kann.
Für die Prüfung der im Bauwesen verwendeten Mikrozementsuspensionen gibt es international eine Reihe von in Anwendung befindlicher Versuche. Der Vergleich der Ergebnisse ist jedoch sehr schwierig, da die Randbedingungen und Versuchsabläufe äußerst unterschiedlich sind. Nach diesseitiger Auffassung lassen sich angemischte Suspensionen gut mit dem Schwedentrichter (Form 1) und dem schwedischen Saugkolbenversuch beurteilen. Die Auslaufversuche mit dem aus der Geotechnik bekannten Marsh-Trichter sind weniger geeignet. Injektionsergebnisse im Festmaterial können gut und preiswert mit den modifizierten englischen Prüfprismen ermittelt werden.
In der Praxis ist die Weiterbildung von besonders qualifizierten Spezialbaufacharbeitern zu Injektionstechnikern die Grundlage einer erfolgreichen Auftragsdurchführung. Für die Herstellung und Erprobung von diversen, für unterschiedliche Anwendungsbereiche geeignete Injektionsrezepturen sollte ein ausführendes Unternehmen über ein eigenes Betonlabor verfügen.
In der Arbeitsgemeinschaft Betonsanierung Hannover (Wallbrecht/Heinze) können durch die Vorhaltung der adäquaten Infrastruktur auch schwierige Aufgaben zuverlässig gelöst werden. Das eigene Betonlabor erlaubt das Testen von Rezepturen und Verfahrensanwendungen.
Beispielhaft sind hier im eigenen Unternehmen bearbeitete Projekte aufgeführt:
- Formschlüssiges Verbinden von Stahlkonstruktionen mit einem denkmalgeschützten Haus-Zusammenfügen von Bauteilen zum Herstellen von weißen Wannen (WU)
- Verpressen von Rohrleitungen im Beton zur Traglaststeigerung einer Industriehalle-Beseitigung von Schwindrissen einer Stahlfaserbetonplatte einer Gewerbehalle
- Beseitigen von Rissen in Widerlagern einer Straßenbrücke
- Auspressen von Arbeitsfugen in der Tiefgarage einer Wohnanlage zur Abdichtung gegen drückendes Wasser.
- Sanierung von über 400 lfdm. Halbfertigteilwänden zur Erzielung eines statisch wirksamen Querschnitts und Korrosionsschutzes der Bewehrung in ungenügend verdichtetem Beton eines Pavillons auf der EXPO 2000 in Hannover.
- Ansetzen von tragender Bewehrung durch Mikrozementverpressung an Fundament-Köchern für 28 m hohe Fertigteilstützen eines Fachmarktzentrums ohne Einsetzen von zusätzlichen Sieb- oder Ankerhülsen.
Bei allem Engagement auf diesem jungen Betätigungsfeld ist jedoch zu bedenken, dass die Hersteller der Mikrozemente und auf Mikrozement basierendem Füllguts sich aufgrund der hohen Zulassungskosten noch sehr zurückhaltend auf diesem Gebiet verhalten. Im praktischen Anwendungsfall ist daher unabdingbar, im Einvernehmen mit dem Auftraggeber, resp. Prüfingenieur festzulegen, welche Anforderungen zu erfüllen sind. Denn auch hier gilt im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit, eine Optimierung zwischen Theorie und Praxis zu erreichen.
Wilhelm Wallbrecht GmbH & Co. KG
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch. Ing. Frank Siebrecht
Ingenieurbüro A. Heinze
Dipl.-Ing. Andreas Heinze, SFI
