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Historische Betonoberflächen

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Historische Betonoberflächen - eine Herausforderung für die Denkmalpflege...

Historische Betonoberflächen - eine Herausforderung für die Denkmalpflege

Betonsanierung in der Denkmalpflege ist ein spannungsreiches Themenfeld. Die Präsentation bietet einen kurzen Abriss über die vorhandenen Technologien, Chancen und Risiken der Betonsanierung in der Denkmalpflege. (Stand: 2007)

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    Historische Betonoberflächen Historische Betonoberflächen Presentation Transcript

    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Beton und Denkmalpflege Beispiel: Wasserhochbehälter Völklinger Hütte Erbaut 1917/1918 durch Wayss & Freytag Technischer Wert: Früher Eisenbetonbau (einer der ältesten und größten in SW-Deutschland) Architektonischer Wert: Frühes Beispiel einer neuen, sachlichen Industriearchitektur Denkmalstatus: Weltkulturerbe Zustand: Schattendasein (Noch) keine Liebesbeziehung?
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Oberfläche Wichtig für die Denkmalpflege. Original Oberfläche dokumentiert Bau, Entstehung, Gestaltung Daher besondere Bedeutung Technische Aspekte: Herstellungsweise, Schalbild, Kiesnester, Betontechnik Architektonische Aspekte: Schalbild, Farbe, Oberflächenbearbeitung Original Oberfläche möglichst erhalten
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Anforderungen an eine denkmalgerechte Betoninstandsetzung TECHNIK DENKMALPFLEGE INSTANDSETZUNGSKONZEPT GEBÄUDE Richtlinien Technologische Aspekte Voruntersuchung, Schäden (Istzustand) Geplante Nutzung (Sollzustand) Historische und Architektonische Aspekte Denkmalwert SANIERUNG Erhalt von Bausubstanz und Erscheinungsbild NACHBEREITUNG Erfolgskontrolle, Wartung, Monitoring
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Historischer Betonbau: Geringe Betonfestigkeiten (Norm: C12/15) Oft höhere Festigkeiten durch Nacherhärtung
      • Schwankende Betonqualität durch:
        • Baustellenbeton
        • Handverdichtung
        • Schwankende w/z-Werte (Konsistenz)
      Oft solide handwerkliche Ausführung Oft Statische Reserven (konservative Bemessung) Keine homogene Qualität früher Betonbauten Möglichst umfassende Voruntersuchungen erforderlich
    • Typische Mängel: Verwitterte und abgesandete Betonoberflächen - Klimatische Einflüsse, Luftschadstoffe Flächige organische/mineralische Beläge - Ausblühungen, Schmutzkrusten, Bewuchs Oberflächenrisse - Eigenspannung (Schwinden/Temperatur), Zwang, äußere Lasten Abgeplatzte Betondeckung - Korrosion der Bewehrung durch Karbonatisierung oder Chloride Hohlraumreiche Randzonen ohne Feinmörtelmatrix (Kiesnester) - Herstellungs-/Verarbeitungsmängel Korrosion ohne sichtbaren Schaden - Karbonatisierung und Korrosion bei starker Betonüberdeckung Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Sanierungsmöglichkeiten Elektrochemischen Prozess der Korrosion unterbinden, (Möglichkeiten nach der RiLi SIB DAfStb): ANODISCHEN TEILPROZESS UNTERBINDEN KATHODISCHEN TEILPROZESS UNTERBINDEN ELEKRTOLYTISCHEN PROZESS UNTERBINDEN Repassivierung R Alkalischer Spritzmörtel großflächig R1 Alkalischer Mörtel Ausbesserung R2 Elektro-chemische Verfahren Rx Beschichtung der Stahl-oberflächen C Kathodischer Korrosions-schutz der Bewehrung Absenkung des Wasser-gehaltes K CP W
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Betonersatzsysteme und Denkmalpflege Verlust der Oberfläche Umfang möglichst gering halten, Reparaturstellen so unauffällig wie möglich Normative Vorgaben nicht immer erste Wahl Konflikte in der Betonsanierung aus denkmalpflegerischer Sicht: Grundsatz Instandsetzungsrichtlinie: Sicherstellung Restnutzungsdauer (Denkmal: dauerhafter Erhalt) Verlust/Eingriff in die original Oberfläche Normative Vorgaben nicht immer einhaltbar bzw. erste Wahl (z.B. Oberflächenschutzsysteme) Beispiel DIN ATV 18349 (Betonerhaltungsarbeiten) : Die Endbeschichtung ist in hellem Grauton auszuführen
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Betonersatzsysteme Mindestumfang der Sanierungsmaßnahme Grundsätzlich: Alle depassivierten Stähle mit aktiver Korrosion erfassen, bei zu geringer Betondeckung zusätzlich stahlbaumäßiger Korrosionsschutz Ziel: Möglichst geringer Eingriff in die Oberfläche. Reparaturstellen an Altbeton anpassen (möglichst unauffällige Sanierung) Gefahr: z.B. Verstärkte Korrosion durch Makroelementbildung bei zu gering gewähltem Sanierungsbereich Voraussetzung: Gründliche Voruntersuchung (z.B. Potentialmessung) Übergang zum Altbeton: Unauffällig (z.B. entlang Schalungsfugen), bestmöglich senkrechte Schnitte mit Trennscheibe (Tiefe > 5 mm)
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Betonersatzsysteme Zusammensetzung des Reparaturmörtels
      • Zusammensetzung des Reparaturmörtels sollte möglichst der des Originalbetons entsprechen.
      • Hohe Zugfestigkeit erforderlich, sonst Gefahr der Plombenbildung (maximale Zugfestigkeit des Altbetons)
      • Übliche Reparaturmörtel (zumeist PCC-Mörtel) können i.d.R. optimal eingestellt werden.
      • Auswahl von Reparaturverfahren und Mörtelzusammensetzung unter folgenden Gesichtspunkten:
      • Schadensumfang
      • Betoneigenschaften
      • Gewünschtes Erscheinungsbild
      • Wirtschaftlichkeit / Denkmalwert
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Betonersatzsysteme Erscheinungsbild der Instandsetzungsfläche
      • Farbigkeit:
      • Farbe Zuschlag und Matrix
      • Einstellbar auch durch Weißzement mit Pigmenten
      • Bei dunklen Reparaturstellen Gefahr der Rissbildung
      • durch Temperaturspannungen
      • Gesteinskörnung:
      • Farbe, Größe und Struktur des Altbetons
      • Größtkorn Reparaturmassen:
      • Spritzbeton 8 mm
      • Reparaturmörtel 4 mm (oft nur 2 mm)
      • Feinspachtel < 2 mm
      • Auswahl Reparatursystem
      • Evtl. Nachbearbeitung Reparaturstelle
      • (Scharrieren, Auswaschen Feinanteil)
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Betonersatzsysteme Erscheinungsbild der Instandsetzungsfläche Schalungsstruktur: Spachtelmassen, reliefartige Nachbildung durch Spachteln schwierig/aufwändig, oft optisch unbefriedigend Nachahmen Brettschalung durch Kellenschnitte Nachahmen Holzstruktur durch Bürstenstrich Einpressen von Schalung in frische Reparaturstelle schwierig: bei Spritzmörtel/-beton keine glättende Oberflächenbearbeitung zulässig, Gefahr der Verfärbung durch Schalöl (Altbeton abdecken) Vorbetonieren einer Betonschale, bei Kleinflächen Problem Befestigung der Schalung, oft Platzmangel Evtl. Einpressen von Injektionsmörtel in Schalung, Problem der Befestigung/Dichtigkeit der Schalung Aufwand im Einzelfall prüfen
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Elektrochemische Realkalisierung Verfahren und Wirkungsweise Vornorm: DIN CEN/TS 14038 – 1 (2004) Zeitweise Beaufschlagung der Bewehrung mit negativer Ladung Außenseitig Metallgitter als Anode in alkalisch getränktem Vlies (meist Sodalösung) Dauer der Anwendung: 4-21 Tage (mind. 100 h) Übliche Spannung: 1000 mA/m² Betonfläche (Norm: 4 A/m² Bewehrung) Wirkungsweise Bildung von Hydroxidionen an der Kathode, dadurch Erhöhung des pH-Wertes an der Bewehrung (Repassivierung) Einwandern von Alkalien von außen durch Diffusion, Kapillartransport und Elektroosmose in die karbonatisierte Betonrandzone, dadurch Realkalisierung (Soda beständiger gegen CO 2 (pH-Wert immer über 10,5)) (Wandern von Kationen (Cl - ) zur Anode) Elelektrolyt mit Metallgitter (Anode) Anodensystem zeitweise - + Bewehrungsstahl (Kathode) Alkalien (Kapillartransport) Elektrolyse (OH-Ionen)
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Elektrochemische Realkalisierung Anwendungsgrenzen, Gefahren Nicht bei Chloridkorrosion anwendbar (dann als Verfahren Chloridextraktion in ähnlicher Anwendung) Nicht anwendbar bei beschichteter oder verzinkter Bewehrung Gefahr der Wasserstoffversprödung des Stahls, daher nicht für Spannbeton nutzbar Gefahr der Aufheizung des Stahls bei zu hoher Stromdichte: Risse, Verringerung des Haftverbundes Stahl/Beton Eventuell Alkali-Kieselsäure-Reaktion bei kritischen Zuschlagstoffen Bei mehrlagiger Bewehrung: Gefahr der verstärkten Korrosion der unteren Bewehrungslage Säurenbildung an der Anode, Beschädigung der Betonoberfläche möglich Dauerhafte Realkalisierung der Betonrandzone (pH > 10) wird praktisch nicht erreicht Dauerhaftigkeit der Maßnahme derzeit noch fraglich (Versuche laufen noch) Monitoring erforderlich (Kontrolle Dauerhaftigkeit) Karbonatisierungsbremse empfohlen
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Korrosionsinhibitoren Definition: Korrosionshemmende Stoffe Als Zusatzmittel im Frischbeton erprobt. Von der Chemieindustrie aber auch als Mittel zur Applikation auf Altbeton angeboten (z.B. von Sika) Zusammensetzung: 2 Komponenten: Aminoalkohol und mineralische Verbindung (meist Phosphorverbindung) Wirkungsweise: Aminoalkohol und mineralische Verbindung dringen in den Beton ein und bilden auf der Stahloberfläche ein korrosionsstabiles Salz Anwendung: Mehrmaliges Auftragen durch Rollen oder Spritzen Problem: Mineralische Komponente fällt oft frühzeitig aus (Wirksamkeit?) Alkohol bleibt in Lösung (Verflüchtigung?) Erfolgsnachweis schwierig, Dauerhaftigkeit nicht gesichert, Erfolg bei bereits eingesetzter Korrosion nicht sicher, Unschädlichkeit? Anwendung nur in sehr engem Rahmen Erfolg versprechend
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Oberflächenschutzsysteme Instandsetzungsrichtlinie: 3 prinzipielle Systeme Hydrophobierungen (OS 1/OS A) Untergrundvorbereitung für Beschichtungen Imprägnierende Behandlung des Betons zur Herstellung einer wasserabweisenden Oberfläche Keine Filmbildung Keine Veränderung der Oberfläche Nicht dauerhaft Imprägnierung (Versiegelung) Versiegelnde Behandlung des Betons zur Reduzierung der Oberflächenporosität Grundierungen Dünne Filmbildung i.d.R. Veränderung der Oberfläche, Lasierende Systeme Möglich Karbonatisierungsbremse Systeme sind nicht explizit in der Instandsetzungsrichtlinie geregelt Beschichtungen (OS 2, 4, 5a/OS B, C, D II) Schichtbildende Behandlung des Betons Geschlossener Film Veränderung der Oberfläche Rissüberbrückende Systeme Veränderung der Oberfläche
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Oberflächenschutzsysteme Hydrophobierungen Vorteil: Keine Veränderung der Oberfläche, preiswert und einfach Systeme: i.d.R. Silane oder Siloxane, teilw. mit Kieselsäureesther (Verfest.) Wirkung: Erhöhung der Oberflächenspannung in den Kapillaren Unterbinden des kapillaren Wassertransportes Nachteile/Gefahren: Nicht dauerhaft (Monitoring/Wartung erforderlich) Verstärkte Karbonatisierung (Ungehindertes Eindringen von CO2 durch wasserfreie Poren), bei nachlassender Hydrophobierung verstärkte Korrosion möglich Verstärktes Eindringen von Wasser durch Risse, dort verstärkte Salzbildung und Frostgefahr, Ausreichende Tiefe der Hydrophobierung notwendig Bei stark gerissener Oberfläche möglicherweise keine ausreichende Absenkung des Wassergehaltes Nachfolgende alternative Sanierungsmaßnahmen (z.B. Realkalisierung) kaum möglich (Kapillartransport behindert) Verstärktes Eindringen von Wasser über Risse Abtrocknung verstärkt über Risse: Gefahr durch Frost und Salzbildung Tiefe Hydrophobierung verringert Problem
    • Fazit Möglichkeiten der Betonsanierung in der Denkmalpflege begrenzt: Betonersatzsysteme verändern/zerstören die original Oberfläche, Anpassen von Farbe/Struktur an den Altbeton aufwändig und nicht immer zufrieden stellend. Alternative Möglichkeiten (Realkalisierung, Korrosionsinhibitoren) sind zwar schon in der Anwendung, aber derzeit noch zu unerprobt, um flächendeckend einsetzbar zu sein. Dauerhaftigkeit unklar. Oberflächenschutzsysteme greifen ebenfalls in die Oberfläche ein und verändern diese. Geltende Normen und Vorschriften sind nicht immer zu 100 % umsetzbar.
      • Umfassende, sorgfältige Planung wichtig:
      • Sorgfältige Voruntersuchung zur Minimierung des Eingriffs
      • Für den Einzelfall abgestimmtes Instandsetzungskonzept
      • Minimaler Eingriff, Reparaturen so unauffällig wie möglich
      • Wartung und Monitoring ermöglichen rechtzeitiges Handeln
      Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE
    • Historische Betonoberflächen HERAUSFORDERUNG FÜR DIE DENKMALPFLEGE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Büro für Altbausanierung und Denkmalpflege – Am Schillerpark 11 – 66333 Völklingen – T 06898/ 496 14 10 www.schwartzplan.de [email_address]