13 Betonbauwerke mit Anforde- rungen an die Dichtheit ... · 13 Betonbauwerke mit Anforde-rungen an die Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen 13.1 Anwendungsbereich Die Dichtheit

13 Betonbauwerke mit Anforde-rungen an die Dichtheit gegenüberFlüssigkeiten und Gasen

13.1 AnwendungsbereichDie Dichtheit von Betonbauwerken gegenüber Flüssigkeiten undGasen ermöglicht ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen dieHerstellung einschaliger Konstruktionen, bei denen der Betondie tragende und die abdichtende Funktion zugleich übernimmt.Beispiele aus der großen Fülle derartiger Bauwerke sind:– Bauwerke im Grundwasser mit nutzbaren Innenräumen

(„Weiße Wannen“)– Wasserbehälter, einschließlich Trinkwasserbehälter– Wasserrückhaltebehälter (mit Luftunterdruck)– Schleusen und Talsperren– Prüfbunker mit Luftüber- und Luftunterdruck– Druckrohrleitungen, Wasserkanäle, Tunnel– Schwimmfähige Konstruktionen wie Pontons, Schiffe, Off-

shore-Bauwerke– Umweltschutzbauwerke zur vorübergehenden Aufnahme von

umweltgefährdenden Flüssigkeiten jeder Art (Auffangwannenim Industriebereich) und dichte Ableitflächen (Chemielagerund Tankstellen) (s. Abschnitt II.13.7).

13.2 Kriterien für die Dichtheit einer Beton-konstruktion Die Dichtheit von Bauwerken allgemein ergibt sich aus derErfüllung von drei Anforderungen:– der Baustoff selbst muss hinreichend dicht sein (s. Ab-

schnitt II.13.3)

13 Betonbauwerke mit Anforderungen an die Dichtheit 529

– die Bauteile dürfen keine durchlässigen Risse aufweisen (s. Abschnitt II.13.4.)

– alle Bauteilfugen müssen hinreichend dicht sein (s. Ab-schnitt II.13.5.)

Daraus ergeben sich spezielle Anforderungen an wasserun-durchlässige Bauwerke aus Beton (s. Abschnitt II.13.6) und anBetonbauwerke beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen(s. Abschnitt II.13.7).

Die Beurteilung der Dichtheit eines Bauwerks oder Bauteilsberuht stets auf technischen Kriterien, die sich aus der Forde-rung nach Gebrauchsfähigkeit ergeben. Hierbei können dieAbstufungen für die tolerierbare Durchlässigkeit eines Bauteilsgegenüber Flüssigkeiten und Gasen in weiten Grenzen unter-schiedlich sein. Die Forderung nach „Null-Molekül-Durchgang“ist weder sinnvoll noch erfüllbar. So kann eine Betonwand dengleichen Wasserdampfdiffusionswiderstand wie eine normge-rechte Bitumen- oder Kunststoffdichtungsbahn aufweisen. Keine von beiden ist dicht im Sinne von „Null-Durchgang“, aber beide können technisch dicht sein im Sinne der gefordertenGebrauchsfähigkeit eines Bauteils.

13.3 Dichtheit des Baustoffs BetonZementstein hat keine so dichte Struktur wie Metall oder Glas(s. Abschnitte I.4.2 und I.5.7). Eine sehr geringe Durchlässigkeitdes Zementsteins und damit des Betons gegenüber Flüssigkeitenund Gasen – auch wenn sie sich nur in einer bestimmten Ein-dringtiefe während der vorgesehenen Beaufschlagungsdauerausdrückt – ist vorhanden und muss erforderlichenfalls in Rech-nung gestellt werden.

Der Stofftransport kann über Diffusion, kapillares Saugen oderals laminare Strömung infolge eines Druckunterschieds erfolgen

530 II Beton

(s. Bild I.5.7-2). Während der Transport durch Diffusion sowohlin den Gelporen als auch in den Kapillarporen erfolgen kann,sind das kapillare Saugen und die laminare Strömung auf denoffenen Kapillarporenbereich beschränkt. Deshalb lässt sich dieDurchlässigkeit des Zementsteins und Betons gegenüber diesenTransportarten durch Erniedrigung des Wasserzementwerts unddurch einen hohen Hydratationsgrad auf alle technischen Anfor-derungen hin anpassen (s. Bild II.13.3-1 sowie Abschnitte I.4.2und I.5.7).


Steigerung des Hydratationsgrads

0,20

0,40

0,60Verri

nger

ung

des w

/z-W

erts

Verringerung des

Kapillarporenvolumens

0 % 20 % 50 % 100 %

Zementklinkerwassergefüllte KapillarporenZementgel

Bild II.13.3-1: Verringerung des Kapillarporenvolumensvon Zementstein durch niedrigen Wasserzementwert undhohen Hydratationsgrad

Die Durchlässigkeit von lufttrockenem Beton mit dichter natür-licher Gesteinskörnung gegenüber Sauerstoffgas wurde an ver-schiedenen Stellen untersucht [Grä1, Grä3, Law2]. Dabei ergabsich der im Bild II.13.3-2 dargestellte Zusammenhang zwischendem spezifischen Permeabilitätskoeffizienten K in 10–16 m2 unddem spezifischen Diffusionskoeffizienten D in 10–8 m2 · s–1. DiePrüfkörper mit Durchmesser d = 150 mm und Höhe h = 50 mmwurden 28 Tage konserviert nachbehandelt und nach einer 56 Tage bis 1,5 Jahre dauernden Lagerung bei 20 °C/65 % rel. F.geprüft. Als Anhaltswert sind Bereiche für verschiedene Was-serzementwerte eingetragen. Auf diese Weise lässt sich die„offene“ Porosität von trockenem Beton charakterisieren. Sie istverständlicherweise stark vom Füllungsgrad der Kapillarporenmit Wasser, d. h. vom Feuchtegehalt des Betons abhängig.

Da es bisher nicht gelungen ist, eine Schnelltrocknung einzu-führen, die zu vergleichbaren Durchlässigkeiten führt wie einelängerfristige Trocknung im Klimaraum, müssen die Prüfbedin-gungen stets mit angegeben werden [Bun1].

Der spezifische Permeabilitätskoeffizient K in m2 für Gase lässtsich für Flüssigkeiten, die die Kapillarstruktur des Zementsteinsnicht verändern, in den Durchlässigkeitsbeiwert k in m · s–1 nachDarcy für inkompressible Flüssigkeiten umrechnen [Grä1].

k = K · [Gl.II.13.3-1]

ρ w Dichte der Flüssigkeit (Wasser) in kg/m3 = N · s2 · m–4

g Erdbeschleunigung = 9,81 m · s–2

η Viskosität der Flüssigkeit in N · s · m–2

Dies gilt jedoch für Wasser allenfalls kurzfristig, weil ständigeWasserbelastung abdichtende Wirkung hat [Bon4]. Die Selbst-abdichtung lässt sich mit fortschreitender Hydratation, einemQuellen des Zementgels, Carbonatbildung sowie mit Verstop-

lρ w · gl

η

532 II Beton


Spez

ifisc

her P

erm

eabi

lität

skoe

ffizie

nt K

in 10

-16 m

2

Spezifischer Diffusionskoeffizient D in 10-8 m2 s-10,1 1 100

0,01

0,1

1

10

100

10

w/z ≈ 0,5

w/z ≈ 0,6

w/z ≈ 0,4

w/z ≈ 0,7

w/z ≈ 0,8

Bild II.13.3-2: Zusammenhang zwischen spezifischemPermeabilitätskoeffizienten und spezifischem Diffusions-koeffizienten für trockenen Beton sowie Anhaltswerte fürWasserzementwerte entsprechender Betone (Prüfgas: Sauerstoff)

fungseffekten an Engpässen des Kapillarporensystems begrün-den. Diese Effekte können langfristig zur vollständigen Selbst-abdichtung von Rissen mit Breiten ≤ 0,2 mm [Edv1] führen.

Aus den gleichen Effekten ergibt sich bei langfristiger Wasser-belastung der Zementsteinstruktur eine Abnahme des Wasser-durchlässigkeitsbeiwerts k gegenüber dem lufttrockenenZustand um einen Faktor von rd. 10–3 m · s–1 und mehr [Grä1].Das Phänomen der fortschreitenden Selbstabdichtung vonZementstein unter der Einwirkung von drückendem Wasser kannkaum überschätzt werden, solange durch einen niedrigen Was-serzementwert, z. B. w/z < 0,50, und reaktive Zusatzstoffe nochReaktionsreserven vorhanden sind. In einem ersten Ansatz kön-nen die Durchlässigkeitsbeiwerte für den Zementstein gemäßBild I.5.7-3 im Kurzzeitversuch auch für Beton zugrunde gelegtwerden. Sie können wegen des Umwegeffekts, hervorgerufendurch dichte Gesteinskörner, sogar kleiner ausfallen. Ein zuniedriger Mehlkorngehalt im Beton kann andererseits zumAbsetzen von Wasser und zu schlechtem Verbund mit derGesteinskörnung führen, wodurch die Wasserdurchlässigkeit desBetons erhöht werden kann. Der zuletzt genannte Einfluss kannsich besonders bei Beton mit hohen Wasserzementwerten (w/z >0,60) und sehr weicher Konsistenz (> F3) nachteilig auswirken.

Der Nachweis der Wasserundurchlässigkeit kann durch Messungder Wassereindringtiefe e gemäß DIN 1048-5 erfolgen. Das Ein-dringen organischer Flüssigkeiten wird mit dem in AbschnittII.13.7 angegebenen Verfahren ermittelt.

13.4 Begrenzung der RissbreitenAus Abschnitt II.13.3 ergibt sich, dass eine Begrenzung derRissbreiten durch Bewehrung bei allen Betonbauwerken er-forderlich ist, bei denen die Zugdehnungen (Zugspannungen)

534 II Beton

größer als die Zugbruchdehnung (Zugfestigkeit) werden können(s. Abschnitte II.5 und II.6). Je feiner die Bewehrung aufgeteiltwird, umso geringer wird bei gleicher Beanspruchung die Riss-breite. Durch konstruktive, betontechnische und ausführungs-technische Maßnahmen lässt sich die Wahrscheinlichkeit einerRissbildung wesentlich vermindern [Thi4, Gru1, Loh2]. Das giltinsbesondere für Zwangbeanspruchungen in Bauteilen, derenVerformung infolge Abfließens der Hydratationswärme oderSchwindens durch bereits bestehende Bauteile oder durch denBoden behindert wird, z. B. „Bodenplatte-Wand-Problem“ (s.Abschnitt II.6). Treten durchlässige Risse in einem Bauteil auf,so können sie in einschaligen Betonbauwerken jederzeit zu-verlässig durch Injektion abgedichtet werden (s. Abschnitt II.15).Wenn diese Risse schon im Bauzustand auftreten, was meist derFall ist, lassen sie sich ggf. auch an der Oberfläche abdichten.

13.5 Herstellung dichter BauteilfugenDie Herstellung eines ausreichend dichten Baustoffs und dieVermeidung durchlässiger Risse führen allein noch nicht zueinem dichten Bauteil bzw. Bauwerk. Zusätzlich müssen alleFugen und Rohrdurchführungen planmäßig dicht hergestelltwerden. Man unterscheidet im Wesentlichen Arbeitsfugen undDehnfugen. Arbeitsfugen entstehen zwischen Betonierabschnit-ten, die später monolithisch zusammenwirken sollen. Deshalbhaben sie in der Regel auch eine durchlaufende Bewehrung, z. B. zwischen Bodenplatte und Wand. Auch Rohrdurchführun-gen sind „Arbeitsfugen“. Es gibt zahlreiche Abdichtungsmög-lichkeiten für Arbeitsfugen [Gru1, Loh2, Me25, Me24, Me32]:

– Aufrauen des vorhandenen Betons und „dicht“ anbetonieren – Einlegen eines Injektionsschlauches in die Fuge, über den

nach dem Erhärten des „Gegenbetons“ Reaktionsharz oderZementsuspension injiziert wird


– Einlegen eines „Quellbands“– beiderseitiges Einbetonieren eines „außenliegenden“ oder

„innenliegenden“ Fugenbands gemäß DIN 18197 usw.– Einbau von Fugenblechen (einfacher Bandstahl gemäß

DIN EN 18131 oder DIN 59220)

Die Verfahren können nicht als gleichwertig betrachtet werden.Als sehr robuste, sehr sichere und sehr preiswerte Lösung zurAbdichtung von Arbeitsfugen hat sich die Verwendung vonFugenblechen erwiesen [Gru1] (s. Bild II.13.5-1). Die Blechewerden durch Schweißen, Kleben oder Klemmen untereinanderverbunden (keine Überlappung mit Spalt!). Die Querschnitte derBleche für Arbeitsfugen betragen i. d. R. 1,5 mm × 300 mm.

Die Anwendung von Fugenbändern und die Bemessung beidrückendem Wasser sind in DIN 18197 geregelt. Auf der Bau-stelle dürfen nur gerade Stumpfschweißungen mit passendemGerät ausgeführt werden (ein einfaches Heizschwert für Ther-moplaste genügt nicht!).

Dehnfugen werden in der Regel mit Fugenbändern aus Ther-moplasten gemäß DIN 18541 oder aus Elastomeren gemäß DIN 7865 abgedichtet. In besonderen Fällen sind auch Fugen-bleche zur Abdichtung von Dehnfugen verwendbar (s. Ab-schnitt II.13.7.2).

Wichtigste Voraussetzung dafür, dass die Fugenabdichtung aufder Baustelle gelingt, ist eine konsequente Planung. Die Fugen-abdichtungen, z. B. hinsichtlich ihrer Lage und Befestigung vonFugenblechen und Fugenbändern, müssen genauso sorgfältiggeplant werden wie die Bewehrung.

13.6 Anforderungen an wasserundurchlässigeBauwerkeDie Grundlagen für die Herstellung wasserundurchlässiger Bau-werke sind den Abschnitten II.13.1 bis II.13.5 zu entnehmen

536 II Beton

(s. [Gru1, Loh2, Me25]). Sie beinhalten stets die Herstellungeines Betons mit einem hohen Wassereindringwiderstand, dieVermeidung bzw. Abdichtung wasserdurchlässiger Risse und dieHerstellung dichter Bauwerksfugen. DIN EN 206-1/DIN 1045-2fordern für Beton mit einem hohen Wassereindringwiderstand


a)

c)

≥ 30 cm

d)

b)

Fugenblech

≥ 15 cm

≥ 15 cm

≥ 15 cm

≥ 15 cm

Bild II.13.5-1: Beispiele für die Abdichtung von Arbeits-fugen an flüssigkeitsdichten Bauteilen mit Fugenblechen a) und b) Bodenplatte/Wand, c) Bodenplatte, d) Rohrdurch-führung (Blech-Manschette)

– bei Bauteildicken über 0,40 m einen Wasserzementwert w/z ≤ 0,70 und

– bei Bauteildicken bis 0,40 m einen Wasserzementwert w/z ≤ 0,60 sowie mindestens einen Zementgehalt von 280 kg/m3 (bei Anrechnung von Zusatzstoffen 270 kg/m3).Die Mindestdruckfestigkeitsklasse C 25/30 ist einzuhalten.

Der Nachweis der Wassereindringtiefe an Probekörpern erfolgtnach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 nur in Ausnahmefällen.

Die Mindestbewehrung zur Beschränkung der Rissbreite wirdnach DIN 1045-1 ermittelt. In vielen bewährten Konstruk-tionen wurde die rechnerische Rissbreite auf ≤ 0,20 mm be-schränkt.

Während sich planmäßig genutzte unterirdische Räume wieTiefgaragen, Museumsmagazine, Telefonzentralen usw., die alseinschalige Betonkonstruktionen ohne zusätzliche Abdichtungoft mehrere Meter in drückendem Grundwasser stehen, problem-los verhalten, wird bei der Nutzung von Kellerräumen als Wohn-raum gelegentlich berichtet, dass die Dichtheit der einschaligenBetonkonstruktion ohne zusätzliche Abdichtung nicht ausreiche.Abgesehen davon, dass bei vielen Privathäusern der Stand derTechnik bei der Planung und Ausführung aus Unkenntnis oftnicht beachtet wird (w/z ≤ 0,60, besser w/z = 0,50, Rissbreiten-beschränkung durch Bewehrung, Abdichtung der Arbeitsfugendurch Bleche, Rohrdurchführungen mit Dichtmanschetten (s. Abschnitt II.13.1 bis 5)), wird oft vergessen, dass bewohnteKellerräume einer – außen liegenden – Wärmedämmung, Tem-perierung und ausreichenden Belüftung bedürfen. Hier gelten die gleichen bauphysikalischen Regeln wie für die Vermei-dung von Kältebrücken in hochliegenden Räumen. Wassermen-gen, die kapillar und infolge Dampfdiffusion durch eine sach-gerecht hergestellte Betonwand transportiert werden können (s. Bild II.13.6-1), sind so gering [Bed1], dass sie jederzeit von

538 II Beton

der Raumluft aufgenommen werden, siehe auch das Berech-nungsbeispiel in [Loh2] mit 1 g bis 2 g / (m2 · d).

Zurzeit wird die DAfStb-Richtlinie „Wasserundurchlässige Bau-werke aus Beton (WU-Richtlinie)“ [Ri75] erarbeitet. Diese


Luft50 % r. F.(innen)

50 % r. F.

2

TemperaturTLuft > TBeton

drückendesWasser,Druckhöhe p(außen)

100 % r. F.

p

Zone, in der das Wasser kapillar transportiert wirdinfolge Druck und Kapillarspannung (wassergesättigt)

Zone, in der Wasserdampf durch Diffusiontransportiert wird

1

2

1

Bild II.13.6-1: Vereinfachte Darstellung des Wassertrans-ports in einer Betonwand, die von der einen Seite mit Druck-wasser beaufschlagt und von der anderen Seite belüftet wird

Richtlinie wird für Bauwerke und Bauteile aus Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 gelten, die nach DIN 1045-1 bemes-sen sind, nach DIN 1045-3 oder nach DIN 1045-4 ausgeführtwerden und bei denen der Beton die lastabtragende Funktionund die Abdichtung gegen von außen drückendes oder nichtdrückendes Wasser, aufstauendes oder nicht stauendes Sicker-wasser oder Bodenfeuchte übernimmt. Teil 1 der Richtlinie ent-hält die Begriffe und allgemeinen Regeln, Teil 2 ergänzendeRegeln für den Wohnungs- und Wirtschaftsbau („Weiße Wan-nen“). Teil 3 der Richtlinie legt schließlich ergänzende Regelnfür Deckenkonstruktionen als Abschlussdecken fest. Je nach Artder Beaufschlagung des Bauwerks oder Bauteils mit Wasseroder Feuchte unterscheidet die Richtlinie zwei Beanspruchungs-arten:

1 Drückendes Wasser, aufstauendes Sickerwasser und nichtdrückendes Wasser sowie

2 Bodenfeuchte und nicht stauendes Sickerwasser.

Beanspruchungsart 1 umfasst alle Fälle, bei denen Wasser einenhydrostatischen Druck auf die Außenflächen des Bauwerks aus-übt oder bei denen auf horizontalen Flächen Wasser stehen kann.Die Beanspruchungsart 2 behandelt die Fälle ohne statischeDruckwasserhöhe, in denen der Grundwasserspiegel stets unterder Bauwerksohle liegt und entweder nur sehr stark durchlässi-ger Boden ansteht oder eine wirksame Dränung nach DIN 4095vorhanden ist.

Diesen Beanspruchungsarten stehen mit zwei Wasserundurchläs-sigkeitsklassen entsprechende Anforderungen an das Bauteilgegenüber.

Die Wasserundurchlässigkeitsklasse ist in Abhängigkeit von denDichtheitsanforderungen an das Bauwerk oder Bauteil festzu-legen. Die Definitionen bzw. Anforderungen der beiden Wasser-

540 II Beton

undurchlässigkeitsklassen „normale Anforderungen (WU)“ und„hohe Anforderungen (WUH)“ werden zur Zeit von den Fach-gremien diskutiert.

Wesentliche Elemente der Planung wasserundurchlässiger Bau-werke sind zunächst die Festlegung der Beanspruchungsart undder Wasserundurchlässigkeitsklasse. Die Planung hat dannsicherzustellen, dass die festgelegte Wasserundurchlässigkeits-klasse des Bauwerks bei fachgerechter Wahl der konstruktiven,bauphysikalischen, betontechnischen und ausführungstechni-schen Maßnahmen nutzungsgerecht erreicht werden kann. Hier-bei sind die folgenden Elemente einzeln und in ihrem Zusam-menwirken zu berücksichtigen:

a) Wahl eines geeigneten Betons

b) Wahl von Bauteilabmessungen, die einen fehlstellenfreienBetoneinbau ermöglichen

c) Vermeidung, dauerhafte Abdichtung oder Begrenzung vonRissen

d) Planung sämtlicher Fugen und Durchdringungen unterBerücksichtigung dauerhafter Dichtheit und fehlstellenfreierAusführbarkeit

e) Planung bauphysikalisch notwendiger Maßnahmen

f) erforderlichenfalls Berücksichtigung angreifender Wässer

Als Mindestanforderungen an den Beton sind die Anforde-rungen an Beton mit hohem Wassereindringwiderstand nachDIN EN 206-1 / DIN 1045-2 einzuhalten. Darüber hinaus sinddie Anforderungen aus den für das Bauteil zutreffenden Expo-sitionsklassen zu berücksichtigen. Für eine ausreichende Ver-arbeitbarkeit ist i. d. R. die Konsistenzklasse F3 oder eineweichere Konsistenz zu verwenden. Die Entmischungssicherheitdes Betons muss durch die Wahl der Betonzusammensetzunggegeben sein.


Da die Vermeidung von Rissen von zentraler Bedeutung fürdiese Bauweise ist, sind bei der Festlegung der Betonzusammen-setzung unter Berücksichtigung von Randbedingungen wieWitterung und Bauteildicke insbesondere solche Parameter zubeachten, welche die Entstehung von Zwangspannungen beein-flussen. Hierzu zählen die Frischbetontemperatur, die Hydrata-tionwärmeentwicklung des Betons, der Wärmeabfluss über dieSchalung und die freie Oberfläche sowie die Nachbehandlungdes Betons.

Für Wohnungs- und Wirtschaftsbauten enthält der Richtlinien-entwurf zz. die nachfolgend aufgeführten Regelungen.

Bei Beanspruchungsart 1, d. h. in solchen Fällen, bei denenWasser einen hydrostatischen Druck auf die Außenflächen desBauwerks ausübt oder bei denen auf horizontalen FlächenWasser stehen kann, ist bei Bauteilen für z. B. Aufenthaltsräumeoder Lagerräume für empfindliche Güter wie Papier (Nutzungs-anforderung N1) sowie bei Räumen, in denen Feuchtstellen ander Betonoberfläche aus raumklimatischen Ursachen zulässigsind (Nutzungsanforderung N2), ein Beton mit einem w/z-Wert≤ 0,55 und einem Größtkorn von 16 mm zu verwenden. Um dasSchwinden und die Hydratationswärme gering zu halten, sollteder Zementleimgehalt 300 l/m3 nicht überschreiten. Für Ele-mentwände muss die Konsistenz F3 oder weicher sein und imunteren Wandbereich muss eine Anschlussmischung mit Größt-korn 8 mm verwendet werden.

13.7 Betonbau beim Umgang mit umwelt-gefährdenden Stoffen

13.7.1 Regelungen für die Bauweise

Gemäß dem Wasserhaushaltsgesetz § 19g müssen Anlagen zumLagern, Abfüllen, Herstellen, Behandeln und Verwenden von

542 II Beton

wassergefährdenden Stoffen so eingebaut, aufgestellt und betrie-ben werden, dass eine Verunreinigung der Gewässer nicht zubefürchten ist.

Zur Erfüllung dieses gesetzlichen Rahmens dienen Landeswas-sergesetze, Verwaltungsvorschriften, Verordnungen und Richt-linien. Auf Basis der Muster-VAwS wurde vom Deutschen Aus-schuss für Stahlbeton die Richtlinie „Betonbau beim Umgangmit wassergefährdenden Stoffen“, DAfStb-Richtlinie BUmwS[Ri2], erarbeitet.

Die Richtlinie regelt, welche baulichen Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit einschalige Betonbauten gemäß DIN EN 206-1/DIN 1045-2 ohne Oberflächenabdichtung beimUmgang mit flüssigen (einschließlich verflüssigter Gase) oderpastösen, wassergefährdenden Stoffen nach § 19g WHG demBesorgnisgrundsatz des Wasserhaushaltsgesetzes genügen.

Die Betonbauten nach dieser Richtlinie müssen bei den zuerwartenden Einwirkungen unter Berücksichtigung der infra-strukturellen Gegebenheiten für eine jeweils definierte Dauerdicht sein. Mit Hilfe dieser Richtlinie können Bauwerke mit ein-maliger und intermittierender Beaufschlagung entworfen undbemessen werden.

Anders als wasserundurchlässige Bauwerke sind die umwelt-schützenden Bauwerke aus Beton bereits heute umfassendgeregelt.

13.7.2 Einzelregelungen der DAfStb-RichtlinieBUmwS [Ri2]

Die Richtlinie umfasst folgende Teile:

Teil 1: Grundlagen und Bemessung unbeschichteter BetonbautenTeil 2: Baustoffe und Einwirken von Flüssigkeiten Teil 3: Konstruktion und Bauausführung


Teil 4: PrüfverfahrenTeil 5: Instandsetzung und ErtüchtigungTeil 6: Überwachung und Konzept für den Beaufschlagungsfall

Grundlagen und Bemessung (Teil 1)

Der Bemessung bezüglich Dichtheit liegt ein Sicherheitskonzeptzugrunde, dessen Versagenswahrscheinlichkeit dem der Trag-fähigkeitsbemessung von Bauwerken entspricht. Die so bemes-senen Auffangbehälter und Ableitflächen sind dicht, wenn dieaufgefangene Flüssigkeit innerhalb der Entsorgungszeit t, in derRegel t = 72 h, die andere Seite des Bauteils nicht erreicht.

Dies gilt für ungerissene Bauteile, für gerissene Bauteile mitungerissener Druckzone sowie für Bauteile mit durchgehendenRissen. Bemessungsgrundlage ist die charakteristische Ein-dringtiefe etk der Flüssigkeit für die Beaufschlagungsdauer t, in der Regel 72 h, → e72k (Bild II.13.7-1). Der Rechenwert etk

ergibt sich aus dem mittleren Prüfwert der Eindringtiefe etm

dreier Probekörper zu etk = 1,35 etm.

Baustoffe (Teil 2)An den „Flüssigkeitsdichten Beton“ (FD-Beton) (s. AbschnittII.13.7.3) werden Anforderungen bezüglich seiner Zusammen-setzung gestellt, sodass die Eindringtiefe einer Flüssigkeit inAbhängigkeit von ihrer dynamischen Viskosität und ihrer Ober-flächenspannung σ aus einem Diagramm abgelesen werden kann(Bild II.13.7-2). Darüber hinaus können auch dichtere Betonedurch gesonderte Eignungsprüfungen (FDE-Betone) entwickeltund eingesetzt werden (s. Abschnitt II.13.7.3).

Konstruktion (Teil 3)Hier werden Angaben zur Mindestbewehrung für eine Rissbrei-tenbeschränkung auf wcal = 0,2 mm gemacht. Kleinere rechneri-

544 II Beton

sche Rissbreiten als 0,1 mm dürfen beim Rissbreitennachweisnicht in Ansatz gebracht werden. Sollten sichtbare Risse auftre-ten, so sind diese durch Injektion zu schließen. Insbesonderesind in diesem Abschnitt die verschiedenen Arten der Abdich-tung von Arbeits- und Dehnungsfugen beschrieben (s. BildII.13.5-1). Mit einer zusätzlichen Sicke in Fugenmitte werdenFugenbleche aus Edelstahl gemäß Bild II.13.5-1c) auch für Be-


x

dBewehrung

sCtketk

● Dichtheit

etk · γ e ≤ x

etk = char. Eindringtiefeγ e = Sicherheitsbeiwertx = Druckzonendicke

● chemische WiderstandsfähigkeitsCtk = Schädigungstiefe

Bild II.13.7-1: Nachweis der Dichtheit der Druckzone

wegungsfugen mit geringer Fugenbewegung verwendet. Siehaben den Vorteil, von organischen Stoffen nicht angegriffen zuwerden.

Prüfverfahren (Teil 4)Die Prüfverfahren umfassen z. B. Prüfungen der Eindringtiefevon Flüssigkeiten in Beton, der Dampfdiffusion, des Säure-widerstands, des Eindringens von Flüssigkeiten in Risse, derBeständigkeit von Fugenbändern sowie der Dichtheitsprüfungvon Fugen.

Instandsetzung (Teil 5)

Als Instandsetzungsmaßmahmen werden z. B. das Auftrageneiner neuen Dichtfläche, die Instandsetzung der Bewehrung

546 II Beton

( / )0,5 in m0,5/s0,5σ η

50

40

30

20

10

0

Eind

ringt

iefe e

72m

in m

m

1 2 3 4 5 6 7 8 9

e72m = 10 + 3,33 · ( σ / η )0,5

Bild II.13.7-2: Eindringtiefe e72m organischer Flüssigkeitenin FD-Beton in Abhängigkeit von der dynamischen Visko-sität η und der Oberflächenspannung σ


sowie die Injektion von Rissen beschrieben. Grundlage für dieAusführung dieser Arbeiten ist die DAfStb-Richtlinie „Schutzund Instandsetzung von Betonbauteilen“ [Ri9].

Überwachung (Teil 6)Bauwerke nach der DAfStb-Richtlinie BUmwS [Ri2] bedürfeneiner besonders sorgfältigen Planung und Überwachung. Qua-litätssichernde Maßnahmen sind während der Bauausführung,Dichtheitsprüfungen bei der Übergabe und während des Betriebsdurchzuführen. Ein Konzept für den Beaufschlagungsfall, z. B.bezüglich Alarmzeit, Art und Dauer der Entsorgung, und Nach-sorge für das Bauwerk gehören bereits zur Planung des Bauwerks.

13.7.3 Herstellung und Prüfung besonders dichterBetone

Die DAfStb-Richtlinie BUmwS stellt an „FlüssigkeitsdichtenBeton“ (FD-Beton) folgende Anforderungen:

– Herstellung und Verarbeitung mit Eigen- und Fremdüber-wachung

– Dichte Gesteinskörnung, Größtkorn 16 oder 32 mm, Sieblinie A/B

– Wasserzementwert 0,50 ≥ w/z ≥ 0,45– Zementleimgehalt ≤ 290 l/m3

(z. B. 340 kg/m3 Zement, 165 l/m3 Wasser)– Verwendung von Restwasser nach der DAfStb-Rili [Ri5]

erlaubt– Weiche Konsistenz (KR bzw. F3) ohne Entmischungsneigung– Anrechnung von Flugasche auf den w/z-Wert erlaubt,

s. „äquivalenter Wasserzementwert“.

Die Eindringtiefe organischer Flüssigkeiten e72m in FD-Betonwurde umfassend untersucht und ist in Abhängigkeit von derOberflächenspannung σ (mN · m–1) und der dynamischen Visko-

548 II Beton

sität η (mN · s · m–2) der Flüssigkeit aus Bild II.13.7-2 direkt zuentnehmen. Damit können aufwendige Eindringprüfungen i.A.entfallen.

Um der Entwicklung freien Raum zu geben, wurde den Beton-herstellern die Möglichkeit gegeben, gleich dichte Betone miteiner größeren Stoffauswahl oder wesentlich dichtere Betone alsFD-Beton zu entwickeln. Diese gehören dann zu den „Flüssig-keitsdichten Betonen nach Eindringprüfung“ (FDE-Betone). Eshandelt sich wahlweise um Betone

– mit Zementen CEM II/B-P,– mit Wasserzementwert w/z < 0,45,– mit Gesteinskörnung gemäß DIN 4226 und Größtkorn

8 mm ≤ dg ≤ 16 mm,– mit leichter Gesteinskörnung gemäß DIN 4226 Teil 2

(z. B. Leichtbeton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2),– mit höherem Leimgehalt als 290 l/m3,– unter Anrechnung von anderen mineralischen Zusatzstoffen als

Flugasche auf den Mindestzementgehalt nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2,

– für hochfesten Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2,– unter Verwendung von Kunststoffzusätzen, so weit ihre

Anwendung für Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2zugelassen ist,

– unter Verwendung von Fasern, so weit ihre Anwendung fürBeton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 zulässig ist.

Die Prüfung der Eindringtiefe erfolgt i. d. R. an einem in derMantelfläche abgedichteten Bohrkern (Bild II.13.7-3). Die Ein-dringtiefe wird am aufgespaltenen Bohrkern ermittelt. Die Kon-trolle erfolgt über das eingedrungene Volumen, sofern derPorenraum bekannt ist.

Besonders wirkungsvoll lässt sich das Eindringen organischerFlüssigkeiten dadurch vermindern, dass man quellfähige oder


Skalierung

Standrohr

Metallzylinder

Bohrkern

Prüfflüssigkeit

dichteUmmantelung

80 mm

≈ 400

mm

150 m

m

etm, i

Bild II.13.7-3: Prüfung derEindringtiefe organischerFlüssigkeiten in Beton

550 II Beton550

Quellen

Lösen

Zuschlag Zementstein Kunststoff Luftporen

Bild II.13.7-4: „Innere Abdichtung“ von Beton durchKunststoffe

Gesteinskörnung

sich lösende Kunststoffzusätze verwendet, die das Eindrin-gen zunehmend hemmen (Bild II.13.7-4). Damit lässt sich der Zusammenhang zwischen Eindringmenge und Porosität bzw. Druckfestigkeit entkoppeln (Bild II.13.7-5).

Die Schädigungstiefe sCtm, infolge Säureeinwirkung (s. BildII.13.7-1), hat sich innerhalb 72 Stunden als so gering erwiesen,dass für FD-Beton und beliebige Säureeinwirkung sC72m = 5 mmin die Bemessung eingesetzt werden darf. Damit wird deutlich,dass die Bewehrung innerhalb dieser Zeit nicht erreicht wird,eine säurefeste Beschichtung überflüssig ist und der Auffang-behälter nach dem Angriff leicht für die weitere Verwendungwieder hergerichtet werden kann.


30 40

Betone mitStyrol-Butadien

50 60 70

Eind

ringm

enge

CH 2Cl

2

nach

72 h

in l/m

m2

80 90 100 110

Druckfestigkeit β w150 in N/mm2

CEM I 42,5 R, ohne ZusatzstoffeCEM I 42,5 R, mineral. Zusatzstoffe

CEM III 42,5, mineral. ZusatzstoffeCEM III 42,5, ohne Zusatzstoffe

6

5

4

3

2

1

0

Bild II.13.7-5: Abhängigkeit der Eindringmenge Methylen-chlorid in Beton von der Druckfestigkeit. Entkopplungdurch quellenden Kunststoffzusatz Styrol-Butadien

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13 Betonbauwerke mit Anforde- rungen an die Dichtheit ... · 13 Betonbauwerke mit Anforde-rungen an die Dichtheit gegenüber Flüssigkeiten und Gasen 13.1 Anwendungsbereich Die Dichtheit