Stahlbetonbauten: Den optimalen Sanierungszeitpunkt ermitteln

MÜNCHEN, 16.06.2017 – Die Sanierung und Instandhaltung von Tunneln, Brücken, Parkbauten und anderen Stahlbetonkonstruktionen belastet die Haushaltskassen der Kommunen. Mit dem neuen Life-Cycle-Analysis-Rechner (LCA) von TÜV Süd können sie besser entscheiden, wann Sanierungsmaßnahmen tatsächlich notwendig und sinnvoll sind.

Korrosionsschäden an der Bewehrung

Freigelegter bewehrungsstahl mit Anzeichen von Lochfraßkorrosion | Foto + Grafiken: TÜV Süd

Chlorideinwirkung und Karbonatisierung sind die maßgeblichen Prozesse, die zu Korrosion an den Bewehrungseisen von Stahlbetonbauten führen. Selbst wenn oberflächlich keine Schäden sichtbar sind, können sie die Traglast und Standfestigkeit der Bauten beeinträchtigen. Chlorid ist Bestandteil von Tausalzen. In Schmelzwasser gelöst dringt es im Winter durch kleinste Risse in den Beton ein und führt zu Lochfraß an der Bewehrung. Das alkalische Milieu des Betons bildet einen natürlichen Korrosionsschutz für die Bewehrungseisen. Reagiert der Beton aber mit dem Kohlendioxid in der Luft, karbonisiert er. Dabei wird das alkalische Milieu und damit die Schutzwirkung herabgesetzt, was Korrosion begünstigt.

Objektspezifische Faktoren entscheiden

Wie lange die Gebrauchstauglichkeit eines Bauteils mit aktiver Korrosion noch gewährleistet ist und wann ein kritischer Schädigungsgrad erreicht wird, können die TÜV Süd-Experten u.a. mit Hilfe des LCA-Rechners ermitteln. Grundlage dafür bildet der aktuelle Schädigungsgrad, den die Sachverständigen vor Ort und durch ergänzende Laboranalysen erheben. Wie sich die Schädigung weiterentwickelt, hängt dann von verschiedenen Bedingungen ab: Aus welcher Betonart und -qualität wurde das Bauteil errichtet, welche Abmessung hat es und wie ist es verbaut? Welcher Zement wurde für den Beton verwendet? Wie stark ist die Brücke oder der Tunnel befahren? Zudem spielen die Umgebungsbedingungen eine zentrale Rolle. Dazu zählt vor allem, wie stark das Bauteil der Witterung ausgesetzt ist. Häufige Wechsel zwischen nassem und trockenem Zustand fördern beispielsweise die Karbonatisierung.

Chloridbelastung einer Bodenplatte
Die Abbildung zeigt die Chlorid-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Bauteiltiefe, wie sie anhand der Parameter des LCA-Rechners für verschiedene Zeitpunkte errechnet wurden. Auch die realen Messerwerte für das etwa 5 Jahre alte Bauteil sind angeben. Die Chlorid-Konzentration hat in der Umgebung der Stahlbewehrung in etwa 48 mm Tiefe den kritischen Wert c2 nahezu erreicht. Sanierungsmaßnahmen sind hier notwendig.

Diese Parameter gehen in die Lebensdauerprognosen ein, welche die Sachverständigen von TÜV Süd mit dem LCA-Rechner erstellen. Als Berechnungsgrundlage für die Chloridbelastung dient die ISO16204 zur Dauerhaftigkeit von Betontragwerken. Ausgehend von den gemessenen Werten lässt sich die Chloridkonzentration für beliebige Altersstufen prognostizieren. Die graphische Darstellung der Ergebnisse zeigt, ob und wann kritische Werte für die Belastung des Bewehrungsstahls erreicht werden. Daraus geht auch hervor, wann Sanierungsmaßnahmen notwendig werden, um die Lebensdauer des Bauteils zu verlängern.

Um den Schädigungsverlauf durch Karbonatisierung zu prognostizieren, werden die Bemessungsregeln herangezogen, die der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) für die Dauerhaftigkeit von Bauteilen mit Karbonatisierung definiert hat (Heft 622). Die Fortschreibung des aktuellen Schädigungsausmaßes, ermöglicht es festzustellen, zu welchem Zeitpunkt die Karbonatisierung so tief eingedrungen ist, dass kein ausreichender Schutz der Bewehrung mehr gegeben ist.

Carbonatisierung an einer Fassade
Die Abbildung zeigt, bis in welche Tiefe die Carbonatisierung fortgeschritten ist. Die Daten wurden anhand der Parameter des LCA-Rechners für verschiedene Zeitpunkte errechnet. Auch die realen Messerwerte für das etwa 50 Jahre alte Bauteil sind angeben. Die Prognosen zeigen, dass die Carbonatisierung auch bei einer Gesamtlebensdauer von 100 Jahren nicht bis zur Stahlbewehrung in etwa 45 mm Tiefe vordringen wird.

Prognosen mit Weitblick

Die Beurteilung der verbleibenden Lebensdauer von Stahlbeton-Bauteilen mit Hilfe des LCA-Rechners verschafft Bauämtern und anderen Baulast-Verantwortlichen Planungs- und Budgetsicherheit. Die Berechnungen und deren gutachterliche Bewertung basierend auf in-situ- Untersuchungen am konkreten Bauwerk bieten eine transparente Grundlage, um über Instandhaltungs- und Sanierungsmaßnahmen zu entscheiden. Zudem werden Prognosemethoden für die Lebensdauer von Stahlbeton-Bauteilen künftig an Bedeutung gewinnen: Auch die neue DAfStb-Richtlinie „Instandhaltung von Betonbauten“, die 2017 eingeführt werden soll, empfiehlt Berechnungen zur Restlebensdauer, um bei Sanierungen beispielsweise effektive und wirtschaftliche Sanierungskonzepte zu planen und Betonersatzprodukte optimal anzuwenden.

Kontakt: TÜV SÜD Industrie Service GmbH, Geschäftsfeld Bautechnik, Westendstraße 199
80686 München, Dr.-Ing. Matthias Rudlof, Telefon: 089 5791-3995, E-Mail: matthias.rudlof@tuev-sued.de