40 der bauschaden | Juni / Juli 2014

Am ObjektIm DetailZur Beurteilung

Vor jeder Betoninstandsetzung kommt die Analyse der vorhande-

nen Bausubstanz und ihres Schadens-bilds. Mit zerstörungsfreien oder zer-störungsarmen Prüfverfahren kann der erforderliche Instandsetzungsaufwand schnell und realistisch eingeschätzt werden, ohne die Bausubstanz weiter zu schädigen.

Häufig sind erst optisch wahrnehmbare Korrosionseffekte und Schadensbilder an Stahlbetontragwerken Ausgangspunkt für die Entscheidung, Sanierungsmaßnahmen durchführen zu müssen. Der nicht sichtba-re Anteil der Bauteilschädigung kann jedoch weitaus mehr zur Funktionsbeeinträchtigung beitragen und im Verlauf der Arbeiten für er-hebliche Erweiterungen des notwendigen Sa-nierungsaufwands sorgen. Deshalb sind zur Beurteilung des inneren Zustands von Trag-elementen oder Bauteilen und deren Mate-rialkennwerten Untersuchungen notwendig.

Sowohl in der europäischen DIN EN 1504-91 als auch in der in Deutschland bauauf-sichtlich gültig eingeführten Richtlinie des DAfStb „Schutz und Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen“ (RiLi-SIB) ist die Not-wendigkeit zur Feststellung des aktuellen Zustands der Bauwerke eindeutig formu-liert. Dazu tragen u. a. die zerstörungsfreien sowie zerstörungsarmen Prüfverfahren bei.

Aufbauend auf der Bauzustandsanalyse mit Erfassung von Mängeln und Schäden können (nach gemeinsam mit dem Bau-herrn definiertem Soll-Zustand) dauerhafte Sanierungs- bzw. Schutz- und Instandset-zungsmaßnahmen geplant werden. Es liegt im Verantwortungsbereich des Bauherrn, Eigentümers oder seines Verfügungsbe-rechtigten, die Planungsaufgabe einem

1 DIN EN 1504-9:2008-11 Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontrag-werken – Definitionen, Anforderungen, Qualitäts-überwachung und Beurteilung der Konformität – Teil 9: Allgemeine Grundsätze für die Anwendung von Produkten und Systemen

sachkundigen Planer zu übertragen, der die erforderlichen Kenntnisse auf dem Ge-biet von Schutz und Instandsetzung von Stahlbeton-Tragwerken nachweisen kann.

Vor der Planung ist eine Untersuchung notwendig

Die Feststellungen des vorhandenen Scha-densbilds und die Beurteilung des Ist-Zu-stands sind im Instandsetzungskonzept zu berücksichtigen. Wichtige Fragestellungen im Vorfeld von anvisierten Instandsetzun-gen sind dabei:

• Welcher Art sind die Schädigungen und welches Ausmaß haben sie?

• Was sind die Schadensursachen?• Ist die Standsicherheit gefährdet?• Ist die Gebrauchstauglichkeit einge-

schränkt?• Ist eine Instandsetzung technisch not-

wendig oder wirtschaftlich erforderlich?• Welche Alternativen gibt es zur Instand-

setzung?• Welche Kosten und Auswirkungen ha-

ben die Instandsetzungsmaßnahmen?• Werden zukünftige Instandhaltungsmaß-

nahmen notwendig sein?

Die VDI-Richtlinie 62002 gibt zudem eindeu-tige Hinweise und Definitionen zur regelmä-ßigen Überprüfung der Standsicherheit von Bauwerken aller Art (außer Verkehrsbauwer-ken). Sie enthält diesbezüglich Beurteilungs- und Bewertungskriterien und gibt Hand-lungsanweisungen für die Instandhaltung.

Schadensart und Prüfverfahren müssen

abgestimmt sein

Zerstörungsfreie und zerstörungsarme Prüf-verfahren können nur dann zielgerichtet

2 VDI 6200:2010-02 Standsicherheit von Bauwerken – regelmäßige Überprüfung

für die Bauzustandsanalyse eingesetzt wer-den, wenn die Schädigungsmechanismen und Angriffsarten und deren Auswirkun-gen auf die bauliche Substanz sowie die dafür geeigneten Untersuchungsmethoden bekannt sind.

In der DIN 1045-23 sind Expositionsklassen formuliert, aus denen sich konstruktive Mindestanforderungen für die Konzep-tion und Ausführung von Betonbauteilen ergeben. Dadurch können bemessungs-technisch erfassbare Einwirkungen auf Betonbauteile und die dadurch eventuell auftretende Beton- bzw. Bewehrungskor-rosion unter definierten Umgebungsbe-dingungen berücksichtigt werden. Durch Fehler in der Ausführung und Planung in Verbindung mit physikalischen, chemi-

3 DIN 1045-2:2008-08 Tragwerke aus Beton, Stahlbe-ton und Spannbeton – Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität – An-wendungsregeln zu DIN EN 206-1

Zerstörungsfrei prüfenDie gelungene Betoninstandsetzung setzt eine qualifizierte Schadensaufnahme voraus

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Angriffs-art

Schadensursache

Mechanisch – Überlastung– Bewegung– Brand– Schlagbeanspruchung

Chemisch – Treibend (Alkali-Kiesel- säure-Reaktion), Kalk & Magnesia, Sulfat)

– Lösend (weiches Wasser, Salze, Fette u. Öle)

– KarbonatisierungPhysikalisch – Temperatur

– Feuchtigkeit– Erosion– Frost-/Tauwechsel

Elektro-chemisch

– Korrosion– Chloridinduzierte

StahlkorrosionBiologisch – Bakterien

– Pilze

(1) Angriffe und Schadensursachen an Stahlbeton

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schen und mechanischen Einwirkungen können sich dennoch vielfältige Schadens-bilder entwickeln und mitunter gegensei-tig verstärken. Die Bauschadensursachen, die die begrenzte Dauerhaftigkeit von Be-tonbauteilen ohne einwandfreies Instand-haltungsmanagement bezeugen, sind in Tabelle 1 beschrieben.

Die Karbonatisierung des Betons er-reicht bei zu geringer Betondeckung den Bewehrungsstahl, wodurch bei weiterer Durchfeuchtung die natürliche Passivierung und damit der Korrosionsschutz aufgrund des alkalischen Milieus aufgehoben werden (Abb. 2). Mittels eines Indikatortests als zerstörungsarmes Prüfverfahren kann an frisch erzeugten Bruchflächen die vorhan-dene Karbonatisierungstiefe untersucht werden.

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(2) Karbonatisierter Beton an einem ein-hundertjährigen Betonbalken

Durch das Eindringen von aggressiven Me-dien wie z. B. bauschädlichen Salzen in das Bauteilinnere kann es zudem zu treibenden oder lösenden Angriffen auf das Betonge-füge kommen. Besonders bei Tausalzbe-aufschlagung von Betonbauteilen ist die Lochfraßkorrosion des Bewehrungstahls möglich (Abb. 3).

Bei chloridinduzierter Bewehrungskor-rosion kommt es hingegen nicht zu kor-rosionsankündigenden Abplatzungen der Betondeckung. Es ist deshalb die Aufgabe des sachkundigen Planers, den kritischen

korrosionsauslösenden Chloridgehalt im Beton zu definieren. Mit Potentialfeld-messungen werden Bereiche mit aktiver Korrosion festgestellt. Durch die qualifi-zierte Auswahl von Bohrmehlentnahme-stellen können repräsentative Chloridpro-file erstellt werden.

Die Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung an feuchtebelasteten Betonbauteilen er-zeugt wiederum Rissbildungen und Ab-platzungen, wodurch die Schädigung und Korrosion beschleunigt werden kön-nen (Abb. 4). Auch mechanische Über-beanspruchungen führen aufgrund von Materialermüdung zu Rissbildungen und Abplatzungen sowie möglicherweise zum Bauteilversagen.

(4) Schema von Schädigungsmechanismen im Bereich von Rissen

(5) Sichtbare Korrosionsprodukte an Riss-fugen

Ganz allgemein sind die mangelhafte Ein-haltung der geforderten bzw. vereinbarten Bauteilbeschaffenheit, der Herstellervorga-ben zur Werkstoffverarbeitung sowie der einschlägig zu beachtenden anerkannten Regeln der Technik häufig Ausgangspunkt bzw. Ursache von Bauschäden. Aber auch eine zum Planungs- und Herstellungszeit-punkt anforderungsgerecht formulierte Bauteilkonzeption und -ausführung kann sich während der Gebäudenutzung als un-zureichend erweisen.

Verfahren zur zerstörungsfreien

Untersuchung

Für die Beurteilung des Ist-Zustands eines Bauwerks und die Ermittlung von Qualität sowie Beständigkeit der Baustoffe wer-den am Bauteil bzw. am Bauwerk Prüfun-gen und messtechnische Untersuchungen durchgeführt. Grundsätzlich sollten für den Prüftermin alle notwendigen Arbeitsschritte zur maßlichen und technischen Bestands-aufnahme sowie der detaillierten Schadens-erfassung vorbereitet und die zu verwen-denden Messgeräte funktionsbereit sein.

Sichtprüfung auf Risse und Risskartierung

Durch die handnahe Inaugenscheinnah-me der zu untersuchenden Bauteile kön-nen sich erste Hinweise auf Schädigungs-grad und -ursache ergeben. Ein vorsichtiges Abklopfen der Bauteilstruktur mit einem Zimmermannshammer ermöglicht häu-fig ein erstes Einschätzen des inneren Zu-stands. Die vorhandenen Rissbreiten wer-den unter Zuhilfenahme von Maßstäben (Rissbreitenmesser) und Lupen (Abb. 6) ermittelt.

Grundsätzlich sind Überschreitungen der rechnerischen Rissbreite nach Eurocode 2 der DIN EN 1992-1 sowie DIN 1045-1 zu hinterfragen bzw. in der Bemessung von neuen Bauteilen nicht zulässig. Das DBV-Merkblatt „Rissbildung im Beton“ und das Merkblatt „Betontechnik B18“ des VDZ

(3) Lochkorrosion infolge von Chloridein-wirkung (6) Rissbreitenbestimmung mittels Lupe

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empfehlen bei Überschreitung der zulässi-gen Rissbreiten (abhängig von Konstruktion und Exposition der Bauteile) das Ergreifen besonderer Maßnahmen, um eine weitere Schädigung zu vermeiden.

Die Kartierung von Rissbildern erfolgt op-tisch durch Sichtprüfung (siehe Abb. 6). In maßstabsgerechter Planskizzierung werden die Risse mit Angabe der Rissweite aufge-tragen. Nach einer statistischen Auswer-tung der Rissweiten kann die Bewertung erfolgen und ein Instandsetzungsbedarf abgeleitet werden.

Bestimmung der Druckfestigkeit

Die Betondruckfestigkeit wird in zerstö-rungsfreier Prüfung mit dem Rückprall-hammer nach Schmidt (Abb. 7 bis 9) er-mittelt. Das Prüfverfahren zur Bestimmung der Rückprallzahl ist in der DIN EN 12504-2 beschrieben. Die Möglichkeiten der Bewer-tung der Druckfestigkeit von Bauwerksbe-ton sind in der DIN EN 13791 aufgeführt.

Abhängig von der Aufgabenstellung kann ein Ablaufplan erstellt werden, um die not-wendige Datenbasis für eine Bewertung zu erarbeiten. Grundsätzlich ist mindestens die dreifache Anzahl an zerstörungsfreien Prü-fungen im Vergleich zu zerstörenden Prüf-verfahren vorzunehmen. Dadurch wird der Einfluss der Prüfoberfläche aus Herstellung und Langzeitexposition auf die Messwerte statistisch ausgeglichen.

Die Einschätzung der Druckfestigkeit (fc) wird über die Messung der Härte (Rück-prallzahl R) des Betons an der Oberflä-che und mit Umrechnungsbeziehungen erreicht. Da sich die Gültigkeit der Rück-prallhammer-Messungen auf den oberflä-chennahen Beton beschränkt und zusätz-lich durch die Karbonatisierung beeinflusst wird, empfiehlt es sich, die zerstörungs-freien Druckfestigkeitsuntersuchungen im Labor zu kalibrieren durch Bohrkernent-nahmen an repräsentativen Prüfstellen und deren zerstörende Festigkeitsprüfun-gen.

An jeder zerstörungsfrei zu prüfenden Messstelle sind mindestens 9 Rückprall-schläge mit dem Betonprüfhammer durch-

zuführen. Das normative Gültigkeitskrite-rium der maximal zulässigen Messwert-schwankung muss immer beachtet wer-den.

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(7) Zerstörungsfreie Rückprallhammerprü-fung am Objekt

(8) Exemplarische Darstellung der Ergebnis-se der Rückprallhammerprüfung

(9) Zerstörende Druckfestigkeitsprüfung an Bohrkernen im Labor

Bewehrungsortung

Die Erfassung der vorhandenen Beweh-rungslagen in Stahlbetontragwerken ist Teil der Grundlagenermittlung, mit der die Resttragfähigkeit bestimmt wird sowie Durchbrüche und Bohrungen festgelegt werden können. Für viele Planungsauf-gaben ist auch die vorhandene Betonde-ckung zu ermitteln. Hier kommt das ma-gnetische Impuls-Induktionsverfahren zum Einsatz, bei dem die ferromagnetische Eigenschaft der Betonbewehrung genutzt wird. So lässt sich deren Wechselwirkung mit dem Primärfeld der Erregerspule durch Messung eines sekundären Magnetfelds in der Empfangsspule aufzeichnen und aus-werten.

Die Messungen können sowohl als Linien-messung als auch im Flächenraster erfol-gen. Mit Linienmessungen können in kur-zer Zeit lange Strecken erfasst werden. Im Streckenprofil können dann die Anzahl und der Abstand der Bewehrungsstäbe ermittelt werden. Durch die Aufnahme von Flächen-rastern ist die bildgebende Darstellung von Bewehrungsanordnungen möglich. Grund-sätzlich muss einer der beiden Parameter Stabdurchmesser oder Betonüberdeckung bekannt sein, um den anderen mit hinrei-chender Sicherheit bestimmen zu können. Durch zerstörungsarme Bauteilöffnung an bereits offen zugänglichen Bauteilen soll-te durch Kalibrierung und Verifikation die Aussagequalität der Messergebnisse gestei-gert werden.

Die Auswahl der zu untersuchenden Be-reiche sollte in Zusammenarbeit zwischen Sachverständigem und Tragwerksplaner erfolgen. Die Tiefenreichweite der aktuell verfügbaren Prüfsysteme wird mit etwa 10 cm angegeben. Eine erforderliche Re-präsentativität der Prüfergebnisse richtet sich immer nach dem jeweiligen Einzelfall und dem planerisch bedingten Informati-onsbedürfnis.

(10) Bewehrungsortung am Objekt

(11) Ergebnisdarstellung Linienmessung Be-wehrungsortung