Ein Baustoff für die Ewigkeit? Immer

Betoninstandsetzung als werterhaltende Maßnahme

Deutsches Ingenieurblatt 7-8/2021
Bausysteme
Beton
Baustoffe
Immer mehr Betonbauwerke weisen Schäden auf. Erhalt und Instandsetzung erfordern detailliert geplante Maßnahmen, die im Regelfall höhere Anforderungen an das Fachwissen und die speziellen Materialkenntnisse der Planenden und Ausführenden stellen, als es bei vergleichbaren Tätigkeiten im Neubau der Fall ist. Neben bewährten klassischen Verfahren werden auch innovative Methoden wie der kathodische Korrosionsschutz (KKS) oder Textilbeton mit Erfolg eingesetzt.

Ohne Beton sähe die Welt anders aus. Mit der Entwicklung der Stahlbeton-Skelettbauweise zum Ende des 19. und beginnenden 20. Jahrhunderts, erstmals beim Bau der Hochhäuser in Amerika in großem Stil eingesetzt, begann für den Baustoff spätestens seit den 1950er-Jahren die weltweite erfolgreiche Verwendung. Seitdem wird er für alle Formen der Architektur eingesetzt. Die Spanne reicht von Einfamilienhäusern über Hochhäuser bis hin zu Infrastrukturbauten. So manche kühne Architektenidee wäre ohne Beton nicht realisierbar gewesen. Die Gründe für diesen Erfolg liegen auf der Hand: Beton ist wirtschaftlich, Beton ermöglicht qualitativ hochwertige, ästhetisch ansprechende Konstruktionen, und Beton ist dauerhaft. Ein Baustoff für die Ewigkeit. So jedenfalls dachte man lange Zeit. Zunehmend beobachtete Betonschäden, die je nach Stadium und Schwere auch die Standsicherheit der Bauwerke beeinträchtigen können, brachten diesen Glauben an den „Baustoff für die Ewigkeit“ jedoch ins Wanken. Als Beispiel sei hier nur die jahrzehntelang vernachlässigte Infrastruktur der deutschen Autobahnbrücken genannt.

Mehr und mehr setzte sich in Fachkreisen die Erkenntnis durch, dass auch Beton schadensanfällig sein kann. Witterungseinflüsse, Immissionen und mechanische Belastungen nagen an der Substanz. Abplatzungen, Risse oder korrodierende Bewehrungsstähle sind ernste Alarmsignale mit langfristig tiefgreifenden Folgen, wenn nicht umgehend darauf reagiert wird. Betoninstandsetzung ist daher ein großes Thema. Nach wie vor hat die klassische Betoninstandsetzung ihre Berechtigung. Sie wird durch Methoden wie den kathodischen Korrosionsschutz (KKS) ergänzt. Ein neuer Trend nach jahrzehntelanger Forschung ist der Einsatz von nicht korrosionsanfälligen Bewehrungen aus Carbonfasern für die Betoninstandsetzung. 

Wesentlicher Beitrag zur Klimabilanz und dem Ressourcenschutz 
Betoninstandsetzung ist auch nachhaltig. Nicht erst seit dem „Green Deal“ der EU bekommt die Nachhaltigkeit sowohl auf europäischer als auch auf nationaler Ebene einen immer größeren Stellenwert. Reparieren und Instandsetzen ist in den meisten Fällen nachhaltiger als ein Neubau. Denn zum Kerngedanken der Nachhaltigkeit gehören die Wiederverwertung, Zweitnutzung und Verlängerung der Lebensdauer. Hier kann mit der Verlängerung der Nutzungsdauer der Bauwerke ein ganz wesentlicher Beitrag zu einer besseren Klimabilanz und ein schonender Umgang mit den Ressourcen geleistet werden.  

Schutz und Instandsetzung von Betonbauwerken setzen ein hohes Maß an Erfahrung und technischem Fachwissen voraus. Gerade im Anfangsstadium lassen sich Schäden mit relativ geringem Kostenaufwand nachhaltig beheben, sofern sie sach- und fachgerecht ausgeführt werden. Sind die Schäden fortgeschritten, ist eine qualitativ hochwertige Betoninstandsetzung meist mit höheren Kosten verbunden. „Eine oberflächliche – und vermeintlich preiswerte – Sanierung“, sagt Dipl.-Ing. Marco Götze, Vorsitzender der Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V., „die dafür sorgt, dass die Optik wieder stimmt, ist keine Lösung.“ Die so erzielten Ergebnisse seien nicht dauerhaft. So würden zwar die Symptome beseitigt, keineswegs aber die Ursachen. „Durch eine allein auf die Optik beschränkte Maßnahme“, so Götze, „werden die schadensverursachenden Prozesse im Beton nicht gestoppt.“ Es sei abzusehen, dass kurzfristig neue und tiefgreifendere Schäden aufträten, deren Beseitigung oft hohe Kosten nach sich ziehe. „Dies ist durch eine frühzeitige, fachgerechte Beseitigung der Schäden vermeidbar.“ Die vermeintlich billige Lösung werde so zu einem unüberschaubaren Risiko. 

„Unabhängig davon, ob eine Maßnahme standsicherheitsrelevant ist oder nicht, müssen Betoninstandsetzungsmaßnahmen unbedingt im Vorfeld geplant werden“, rät Götze. „Diese Aufgabe ist grundsätzlich einem Sachkundigen Planer zu übertragen, der durch Zusatzqualifikationen die erforderlichen besonderen Kenntnisse auf dem Gebiet von Schutz und Instandsetzung von Betonbauwerken nachweisen kann.“ Die damit verbundene Sicherstellung der Qualität von Schutz- und Betoninstandsetzungsmaßnahmen diene dazu, Bauwerke langfristig zu erhalten und die Kosten zu begrenzen. Entsprechend geeignete sachkundige Architekten und Bauingenieure können bei der Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken abgefragt werden. Dort sind auch fachkundige ausführende Unternehmen registriert, die als Voraussetzung dafür den Nachweis der Fachkunde nach der Hersteller- und Anwender-Verordnung gegenüber einer vom DIBt bauaufsichtlich anerkannten Stelle erbringen sowie regelmäßige Weiterbildungen belegen müssen.  

Diese Firmen lassen zusätzlich ihre Betoninstandsetzungsbauvorhaben durch Beauftragte der Prüf- und Überwachungsstelle der Bundesgütegemeinschaft überwachen und erfüllen die Kriterien des RAL. „Mehr Sicherheit“, betont Götze, „ist kaum möglich.“  

Planung einer Betoninstandsetzungsmaßnahme
Ist-Zustand: Unabhängig davon, welche Instandsetzungsmethode zum Tragen kommt – die klassische Betoninstandsetzung, innovative Verfahren wie KKS (kathodischer Korrosionsschutz) oder der Einsatz von Textil- und Carbonbeton – am Anfang steht immer die Analyse eines Bauwerks und die Feststellung des Ist-Zustands. Die Bestimmung der Schadensursachen ist dabei die Basis für alle weiteren Planungen. In dieser Phase steht daher die Beschäftigung mit der Bauwerksgeschichte und der Konstruktion im Fokus. Dabei werden Informationen über eventuelle besondere Belastungen (Brände, Erschütterungen, chemische Belastungen) und vorangegangene Erhaltungsmaßnahmen herangezogen. Wichtig für den Erfolg einer Instandsetzungsplanung ist, im Zuge dieser Ist-Zustandsfeststellung alle Bauteilmängel und Schäden sowie deren Ursachen lückenlos aufzudecken. Dazu ist eine Objektbesichtigung unabdingbar, bei der alle wesentlichen Bauteile – ggf. per Hubsteiger oder Gerüst – zugänglich sein müssen.  

Instandsetzungskonzept: Ist der Ist-Zustand erfasst, wird ein Instandsetzungskonzept erstellt und das Instandsetzungsziel definiert. Darin werden Ausführungsentscheidungen, auch für Fälle, die in den relevanten Regelwerken nicht aufgeführt sind, festgelegt. Gleichzeitig bestimmt der Sachkundige Planer überwachende Maßnahmen zur Qualitätssicherung. „Denn“, so Marco Götze, „auch die beste und detaillierteste Planung gewährleistet nicht zwangsläufig, dass ein nachhaltiges und zufriedenstellendes Ergebnis erreicht wird.“ Vielmehr sei es notwendig, die Ausführung zu überwachen und zu dokumentieren, um Fehler frühzeitig erkennen und beseitigen zu können. „Nur durch eine Überwachung durch das ausführende Unternehmen (Eigenüberwachung) und durch eine hierfür (bauaufsichtlich) anerkannte Überwachungsstelle (Fremdüberwachung) wird sichergestellt, dass Planung und Leistungsbeschreibung auch tatsächlich eingehalten bzw. umgesetzt werden.“ Deshalb fordert der sachkundige Planer auch die Eigen- und Fremdüberwachung der Instandsetzungsmaßnahme, beispielsweise auf der Grundlage der DAfStb-Instandsetzungs- Richtlinie (Teil 3).

Leistungsverzeichnis: Das Instandsetzungskonzept ist die Basis für das Leistungsverzeichnis und somit Grundlage für die Ausschreibung. Je sorgfältiger es erstellt wird, umso eher kann die spätere Instandsetzungsleistung mängelfrei ausgeführt werden und umso eher entspricht sie dem vereinbarten Ziel sowie den allgemein anerkannten Regeln der Technik. Nur wenn dem ausführenden Unternehmer eine fachlich richtige und ausführliche Leistungsbeschreibung, die im Übrigen bei der Ausführung gleichzeitig als Vertragsgrundlage gilt, als Arbeitsbasis zur Verfügung steht, kann er hohe Qualität in Form von richtiger Instandsetzung sowie die Auswahl von geeigneten hochwertigen Bauprodukten sicherstellen.

Instandhaltungsplan: Als Basis für die Ausschreibung ist das Leistungsverzeichnis auch Grundlage für eine genaue Kostenkalkulation. Je genauer und sorgfältiger Planung und Leistungsbeschreibung sind, umso besser können Kosten kalkuliert werden. Unerwartete Kostensteigerungen oder gar ein nachtragsbedingter Stillstand bzw. eine Bauzeitverzögerungen durch die Stellung von Nachträgen können so in der Regel vermieden werden. Ein Instandhaltungsplan mit genauen Angaben zur Wartung und zu regelmäßigen Inspektionen stellt am Ende die Dauerhaftigkeit des realisierten Konzepts sicher. 

Klassische Betoninstandsetzung: 
Die klassische Betoninstandsetzung erfolgt in mehreren Schritten:

  • Untersuchen der Betonoberfläche und Markieren der Schadstellen,
  • Entfernen loser und geschädigter Betonteile und Freilegen der korrodierten Bewehrung,
  • Untergrundvorbehandlung zur Schaffung einer sauberen, rauen und tragfähigen Betonoberfläche,
  • Entrosten der freiliegenden Bewehrung und Aufbringen eines i. d. R. mineralischen Korrosionsschutzes,
  • Reprofilierung der Ausbruchstellen mit einem kunststoffmodifizierten Zement- bzw. Spritzmörtel,
  • Aufbringen eines Oberflächenschutzsystems, um die Dauerhaftigkeit zu verbessern und die Betonflächen zu gestalten.

Kathodischer Korrosionsschutz als Alternative: Als Alternative zur herkömmlichen Betoninstandsetzung rückt derzeit der kathodische Korrosionsschutz (KKS) verstärkt in den Fokus. Dabei ist kein massiver Eingriff in die Struktur des Bauwerks nötig, da der Betonabtrag nicht flächig vorgenommen wird, sondern auf lokale Bereiche mit Schadstellen beschränkt ist. Die anodische Teilreaktion (Eisenauflösung)  wird durch die dauerhafte Installation eines kathodischen Korrosionsschutzsystems unterbunden. Dabei werden betroffene Stahlbewehrungen mithilfe eines Schutzstroms „behandelt“. Dies geschieht über eine Anode, die am Beton angebracht und mit dem Plus-Pol einer Gleichstromquelle verbunden wird. Der zu schützende Bewehrungsstahl wird mit dem Minus-Pol verbunden. Der Stromfluss verhindert bzw. verlangsamt die Korrosion der Bewehrung. Die im System verbleibende Korrosionsrate wird so auf technisch vernachlässigbare Werte abgesenkt (Abtragsrate i. d. R. < 10 μm/a), ohne dass substanzielle Eingriffe nötig sind. Der Ist-Zustand des Bauwerks bleibt erhalten. Ein kontinuierliches Monitoring gewährleistet die nachhaltige Dauerhaftigkeit der kathodisch geschützten Bauteile und stellt so eine langfristige Restnutzung sicher. Das Verfahren ist zudem wirtschaftlich und bietet auch in Bezug auf die Lärm- Staub- und Wasserbelastung Vorteile. 

Das KKS-Verfahren hat sich weltweit bewährt, wurde in Deutschland bisher jedoch fast nur bei der Betoninstandsetzung von Parkhäusern eingesetzt. Da beim Kanaltunnel Rendsberg die kontinuierlich durchgeführten gängigen Instandhaltungsmaßnahmen die durch Korrosion entstandenen Schäden nicht wirksam beseitigen konnten, wurde das Verfahren hier erstmals in Deutschland für die Sanierung eines Straßentunnels eingesetzt. Dabei kam ein Hochleistungsanodenbettmörtel zum Einsatz, der gleichzeitig die Brandschutzanforderungen erfüllte.  

Neu: Nicht korrosionsanfällige Bewehrungen für die Betoninstandsetzung
Um die Korrosion des Stahls im Beton zu verhindern, wird der Stahl mit immer dickeren Betondeckungen geschützt, was zu sehr dicken Konstruktionen und einem erheblichen Materialbedarf mit entsprechenden Kosten führt. Öffentlich geförderte Forschungsprojekte beschäftigen sich daher seit Jahren mit der Entwicklung einer nicht korrosionsanfälligen Bewehrung für den Betonbau. Dabei geht es darum, die Betonstahlbewehrung durch textile Bewehrungen aus alkaliresistentem Glas- oder Carbonfasern in Kombination mit einer Betonmatrix zu ersetzen. Dieser sogenannte Textilbeton ist im Gegensatz zur Stahlbewehrung nicht korrosionsempfindlich. Sein Vorteil ist, dass er sehr genau innerhalb eines Bauteils positioniert werden kann und – da er eben nicht rostet – eine wesentlich geringere Betondeckung benötigt, als es bei Stahlbewehrungen der Fall ist. Mit Textilbeton lässt sich die Traglast einer Konstruktion erhöhen, gleichzeitig können Verformungen begrenzt und Rissbreiten verringert werden. Zudem können dank der Verformbarkeit des textilen Materials auch Bauteile mit ungewöhnlichen Formen ertüchtigt werden.  

Beispielhaft sei in dem Zusammenhang auf das innovative Konzept für die Dachabdichtung bzw. -sanierung des sogenannten Mariendoms in Neviges – der Wallfahrtskirche „Maria, Königin des Friedens“ – verwiesen, der schon bei seiner Fertigstellung vor rund 50 Jahren Architekturgeschichte geschrieben hat und dies im Rahmen der Instandsetzungsmaßnahmen jetzt wieder tut: Zur Abdichtung der zerklüfteten Dachkonstruktion hat das Büro Peter Böhm Architekten in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen ein neuartiges Instandsetzungskonzept mit carbonbewehrtem Spritzmörtel entwickelt, das es ermöglicht, die ursprüngliche Sichtbetonoptik zu erhalten. Das Konzept wurde durch die Torkret GmbH zunächst als Test auf einem Dachabschnitt über der Sakramentskapelle ausgeführt. Auf Basis der guten Ergebnisse erhielt das Essener Unternehmen den Auftrag zur Ausführung weiterer Flächenabschnitte. Durch die flächige Applikation einer mit zweilagigem carbontextilbewehrten Spritzmörtelschicht von 28 mm Dicke, auf die eine zusätzliche äußere Mörteldeckschicht mit Hydrophobierung aufgetragen wurde, konnte die Sichtbetonoptik des denkmalgeschützten Bauwerks erhalten werden. Das äußere Erscheinungsbild der zerklüfteten Dachgeometrie wurde durch die Maßnahme nicht beeinträchtigt.  

Fazit
Gütesichernde Maßnahmen bei der Betoninstandsetzung sorgen für eine langfristige Werthaltigkeit der Bausubstanz und wehren Gefahren für die Allgemeinheit, die von Mängeln an der Bausubstanz ausgehen, ab. Entscheidend ist, dass die Maßnahmen sachund fachgerecht ausgeführt werden. Neben bewährten klassischen Verfahren werden auch neuere Methoden wie der kathodische Korrosionsschutz (KKS) oder der Textilbeton mit Erfolg eingesetzt. 

Mitten im Architekturstudium stellt Thomas Rosmüller fest: „Gestalten ist nicht so mein Ding“. Sein  Studium schließt er dennoch ab und findet schnell einen Job: als Baumanager! Ein Beruf, den er heute, mehr als 30 Jahre später, noch genau so liebt wie am Anfang. Thomas Rosmüller organisiert, überwacht, plant und koordiniert die unterschiedlichsten Projekte.  Baumanagement ist seine berufliche Heimat geworden, sein Weg. 

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