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Verfahren zur Erhöhung der Tragfähigkeit vorhandener Stahl-
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betonkonstruktionen, z.B. von Stahlbeton-Silos.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Tragfähigkeit
vorhandener Stahlbetonkonstruktionen, z.B, von Stahlbeton-Silos.
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Aufgrund gestiegener Anforderungen an die Tragfähigkeit von Stahlbetonkonstruktionen,
einer Erhöhung sowie Verschärfung der diesbezüglichen Sicherheitsvorschriften oder
auch infolge Änderung des Verwendungszwecks stellen sich des öfteren vorhandene
Stahlbetonbauwerke als unzureichend heraus und bedürfen der Sanierung, weil die
Anzahl der Bewehrungen bzw. die Bewehrungsquerschnitte ungenügend sind. Um den höheren
Anforderungen Rechnung zu tragen, hat man sich bisher in der Regel damit begenügen
müssen, entweder tragende Teile der alten Konstruktion durch neue zu ersetzen oder
aber zumindest zusätzlich Stützelemente einzubauen. Solche Änderungen sini? in den
meisten Fällen nicht nur sehr kostenaufwendig, sondern sie verändern auch die Gesamtkonstruktion
und -konzeption oft wesentlich und führen zur Verminderung der vorhandenen Platzmoglichkeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen
und eine Möglichkeit vorzuschlagen, bestehende Stahlbetonkonstruktionen, insbesondere
Silo-Anlagen, nachträglich kostengünstig und wirksam im Hinblick auf ihre Tragfähigkeit
zu sanieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, ggf. nach
kräftiger Reinigung der Oberfläche der Stahlbetonbauteile und Auftragen einer Grundierung,
eine Beschichtung
aus GFK-Laminat, umfassend unidirektionale Gewebematten
oder Rovings, aufgebracht wird.
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Mit diesem Verfahren kann man in verhältnismäßig einfacher Weise nachträglich
die Tragfähigkeit von Stahlbetonkonstruktionen in dem jeweils erforderlichen Maße
erhöhen, ohne in die vorhandenen Bauteile eingreifen zu müssen. Die aufgetragene
Laminat-Beschichtung wird konstruktiv in die Gesamtkonstruktion einbezogen, wobei
man sich die Tatsache zunutze macht, daß solche Glasfaserlaminate einen ausreichend
hohen Elastizitätsmodul in der Größenordnung von 1 bis 3*105 kpXcm2 haben. So können
Stahlbetonkonstruktionen aus den verschiedensten Gründen in ihrer Tragfähigkeit
erhöht werden, nämlich u.a. solche, bei denen man in früheren Jahren aus Gründen
der Kostenersparnis infolge hoher Stahlpreise nur das unbedingt erforderliche Minimum
an Bewehrungen vorgesehen hatte, bei-denen infolge einer Änderung des Verwendungszweckes
höhere Belastungen auftreten, als dies ursprünglich vorgesehen war, bei denen inzwischen
aufgrund amtlicher Auflagen die Sicherheitsbedingungen verschärft wurden oder bei
denen infolge von Korrosion, z.B. durch Witterungseinflüsse oder durch andere Umstände,
der Beton abgenutzt worden ist, so daß auch die Bewehrungen angegriffen worden sind
oder werden und nicht mehr die Zug- oder Biegekräfte aufnehmen können, für die sie
früher einmal ausgelegt waren. Die Ausrichtung der Gewebematten oder Rovings dient
der Anpassung an die Haupt-Kraftkomponenten. Natürlich ist mit dem Auftrag eines
solchen GFK-Laminats auch der für sich bekannte Vorteil verbunden, daß die Betonoberfläche
nicht mehr in dem bisherigen Maße der Korrosion ausgesetzt ist, sondern das Laminat
einen Schutz bildet. Eine Reinigung ist nicht unbedingt in allen Fällen erforderlich,
z.B. dann nicht, wenn es sich um neu erstellte Knnstruktion oder rtuteile handelt,
deren Zweck und damit u.U. die Belastun gegenüber der ursprünglichen Bestimmung
geändert wird.
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Es ist zwar generell bekannt, GFK-Laminate in Verbindung mit Beton
zu verwenden, jedoch geschieht dies in der Regel mit dem Ziel, die Oberflächenausgestaltung
zu ändern bzw. zu verbessern, z.B. im Hinblick auf l-V-tterungsbeständigkelt, Pt
bildung oder Aussehen. So ist z.B. durch die DE-AS 18 OS 227 ein Verfahren zur nachträglichen
Verkleidung von Rohbauwänden aus Beton, Mauerwerk oder verputzten Wänden mit einem
vorwiegend tafelförmigen Belag aus kunststoffgetränktem Gewebe oder Filz aus Glasfasern
bekannt, wodurch vor allen Dingen die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit gemindert werden
soll. Auch ist ein Verfahren zur Herstellung von Faserbeton, Faserme~tel oder eines
sonstigen Faserbaustoffes bekannt (siehe DE-AS 24 56 712), bei dem auf eine noch
weiche Beton-, Mörtel- oder hydraulisch abbindende Baustoffoberfläche Fasern aufgespritzt,
auEgerieselt oder aufgestreut werden, die anschließend in den noch nicht erhärteten
Beton, Mörtel oder hydraulisch abbindenden Baustoff eingewalzt, eingeglättet oder
eingemischt werden. Hierbei handelt es sich jedoch um ein Verfahren, das bei der
Herstellung der Bauteile selbst verwendet wird und bei dem das Faser-Kunstharzgemisch
in den Beton oder Mörtel eingearbeitet wird, so daß sich neben der angestrebten
höheren Wasserundurchlässigkeit des Baustoffes naturgemäß auch eine bessere Festigkeit
desselben ergibt. Dieses Verfahren gibt abr keinen Hinweis darauf, nachträglich
die Belastbarkeit von bereits bestehenden Bauteilen infolge mangelhaften Armierungsquerschnittes
zu steigern. ntschidend ist bei der Erfindung, daß gegenüber dem Stand der Technik
und den dort beschriebenen Verfahren das Laminat nicht Bestandteil des Betons wird,
also nicht in den frischen Beton eingegeben wird, sondern daß ein Auftrag auf den
bestehenden Beton unter möglichst intensiver Bindung an diesen erfolgt, um von dieser
Seite her eine tragfähige konstruktive Einheit zu erzielen.
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Um eine ausreichende Verbindung zwischen dem GFK-Laminat und dem vorhandenen
Stahlbetonbauteil zu gewährleisten, wird vorzugsweise die Oberfläche mittels Hochdruck-Wasserstrahl
von mindestens 300 atü gereinigt, worauf eine ausreichende Trocknung der Oberfläche
durchgeführt und dann das Laminat aufgebracht wird. So lassen sich Staub und andere
Ablagerungen, z.B. schmierige Substanzen wie Fette im Falle von Lagerbehältern,
in einfacher Weise entfernen, die sonst zu einer Trennschicht geführt hätten. Eine
ausreichende Trocknung ist bei Reinigung mit Wasser nötig, um die Bildung von Dampfblasen
nach Aufbringung des Laminats zu vermeiden. Statt Hochdruck-Wasserstrahlung ist
es aber auch möglich, die Oberfläche zu sandstrahlen, was sich nach dem Einsatzzweck
der zu sanierenuen Stahlbetonkonstruktion richtet, wie man ggf. auch andere übliche
und geeignete Säuberungsverfahren anwenden kann.
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Vorteilhaft wird auf die gereinigte Oberfläche vor Auftragen der GFX-Laminatbeschichtung
eine Haftvermittler-Grundierung für die Beton-Grenzschicht aufgebracht. Dies ist
besonders bei scharfer Reinigung der Betoncberfläche zweckmäßig, weil die äußere
Zone des Betons dadurch an Bindefähigkeit verlieren kann, so daß unter Umständen
der Scherkraftwiderstand ungenügend werden und es hier zu Abrissen kommen kann.
Durch die Grundierung wird die Bindefähigkeit zwischen den Füllstoffteilen der Grenzzone
wieder gesteigert, so daß eine homogene Verbindung erzielbar ist.
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Um einen Ausgleich und eine noch bessere Bindung zum Untergrund zu
erzielen, kann in weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die ggf.
mit einer Grundierung versehene Betonoberfläche eine als multidirektional zu bezeichnende
Wirrfaser-Ausgleichsschicht aufgebracht werden, deren Stärke und Glasfasergeh lt
sich
nach der Oberflächenrauhigkeit und der Art des aufzubringenden
Laminats richten kann. Eine solche mit Glasfasern bewehrte Ausgleichsschicht wird
normalerweise im Faserspritzverfahren aufgebracht, obwohl auch andere Methoden möglich
sind.
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Wenn aus Festigkeitsgründer; mehrere GFK-Laminatschichten erforderlich
sind, ist es weiterhin vorteilhaft, unidirektionale GFK-Gewebe- oder Rovingschichten
wechselweise aufzubringen. Die Zahl dieser Schichtwechsel kann ohne weiteres bis
zu zehn betragen. Dabei dienen die Wirrfaserschichten dazu, zwischen den die eigentliche
Kraftaufnahme gewährleistenden GFK-Laminatschichten einen Ausgleich sowie vor allen
Dingen eine homogene Verbindung herzustellen und vermeiden zu helfen, daß die Matten
des mehrschichtigen Laminats unmittelbar aufeinander zu liegen kommen. Wäre letzteres
der Fall, so könnte es zu einer ungenügenden Festigkeit des Auftrages kommen.
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Um der Oberfläche des Auftrages ein widerstandsfähiges Finish zu geben
und zu vermeiden, daß das tragende Laminat von außen angegriffen werden kann, wird
zweckmäßigerweise eine Abschlußschicht in Form einer harzreichen Feinschicht aufgetragen,
die vorzugsweise eine Stärke von weniger als 1 mm mit einem Glasfasergehalt in der
err;"Senordnung von 20 Gew.% aufweist.
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In bestimmten Belastungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Bauteile
mit den Stahlbeton und die Laminataufträge durchgreifenden mechanischen Verankerungen,
beispielsweise in Form von Bolzen-Laschen-Verbindungen, zu versehen Dies wird u.a.
dann geschehen, wenn das GFK-Laminat reine Zugbeanspruchungen aufzunehmen hat und
die Zugkräfte nicht vor den Ecken oder Kanten in den geraden Betonguerschnitt übergeleitet
werden können, oder dann, wenn bei reiner Biegung die zulässigen Werte für die Schubspannung
der Querkraft an der Stelle, an der kein Laminat mehr vogesehen ist, überschritten
werden.
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Will man eine möglichst schnelle und vollständige Aushärtung erzielen,
kann man nach Fertigstellung des Laminat-Auftrags eine Temperaturerhöhung auf 25
bis 400 C herbeiführen und diese hohen Temperaturen über einen Zeitraum von 20 bis
30 Stunden halten. Bei der Sanierung von Silos läßt sich eine solche Temperaturerhöhung
besonders einfach durch geeignete Beheizung des Siloinnenraumes erzielen.
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Nach einer weiteren Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens können
über die zu sanierende Stahlbetonoberfläche in gleichmäßiger Verteilung Laminat-freie
Stel lage bis zur GrößenOrdnung von ca. 5 % der Gesamt läche vorgesehen werden.
Dies ist besonders in solchen Fällen vorteilhaft, in denen die Betonteile beidseitig
mit GFK-Laminatschichten versehen werden und die Gefahr besteht, daß sich bei Erwärmung
ein innerer Dampfdruck aufbaut, der zur Blasenbildung und zur Ablösung der Beschichtung
von der Betonwandung führen könnte. Allerdings muß dabei sichergestellt sein, daß
die Laminat-Beschichtung durchgehend bleibt, um hinsichtlich der Belastbarkeit,
aber auch hinsichtlich des Füllguts keine Probleme zu schaffen.
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Die insgesamt mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin,
daß man konstruktiv und berechenbar die Belastbarkeit von Stahlbetonkonstruktionen,
die bereits zur Aufnahme von Zug- und/oder Biegekräften geeignet sind, erhöhen kann,
und zwar in einer verfahrens- und kostenmäßig vorteilhaften Weise, indem eine relativ
geringe Platzanforderungen stellende Zusatztragkonstruktion nachträglich angebracht
wird.
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Möglichkeiten für die Durchführung des erfindungsgemäR n Verfahrens
und Beispiele von gemäß der Erfindung liergestellten
Gegenständen
werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnung erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 in erheblicher Vergrößerung einen Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäß
sanierten Betonplatte und Fig. 2 eine abgewandelte AusführungsF.orm, ebenfalls im
Querschnitt.
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In Fig. 1 erkennt man einen Ausschnitt aus einer Stahlbetonplatte
lo, die mit Bewehrungen 11 versehen ist. Diese Betonplatte 10 ist an ihrer Oberfläche
12 stark korrodiert, so daß die Bewehrung 11 schon sehr dicllt an der Oberfläche
12 liegt und teilweise angegriffen wird. Auf die Oberfläche 12 ist eine GFK-Laminat-Beschichtung
20 aufgetragen, die sich aus mehreren Einzelschichten zusammensetzt.
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So befindet sich unmittelbar auf der Oberfläche 12 zunächst eine Grundierung
21 als Haftgrund. Diese Jrundierung 21 gleicht einerseits zumindest teilweise die
UneL heiten der Oberfläche 12 aus und fA t andererseits Oberflächenrisse, während
sie gleichzeitig die infolge scharfer Oberflächenreinigung freiliegenden Beton-Füllstoffkörner
(Kies, Splitt od.dgl.) umschließt und so eine feste haftung herbeiführt. Bei der
Grundierung 21 handelt es sich vorteilhaft um einen lösungsmittelhaltigen Haftgrund
auf der Basis von Einkomponenten-Polyurethan, was den Vorteil hat, daß dieser Haftgrund
auch bei Anwesenheit von Restfeuchtigkeit aushärtet. Das Eindringen in die Oberflächenschichten
des Betons ist infolge der relativ geringen Viskosität dieses Materials gewährleistet.
Der Auftrag kann mittels Pinsel oder ähnlichen geeigneten Verfahren erfolgen; übliche
Trocknungszeiten liegen zwischen einer halben und einer Stunde.
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Auf der Grundierung 21 befindet sich eine Wirrfaser-Ausgleichsschicht
22, die im Faserspritzverfahren aufgebracht wird und die die nach der Grundierung
immer noch bestehenden Unebenheiten, bedingt durch Reinigung oder Rauhigkeit infolge
Schalung, ausgleicht. Diese Ausgleichsschicht 22 hat in der Regel eine Mindeststärke
von 1 mm und besteht aus GF1X, wobei der Glasanteil in der Größenordnung von 25
Gew.% liegt.
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Auf der Ausgleichsschicht 22 ist das eigentliche tragende Laminat
angeordnet, das abwechselnd aus Wirrfaserschichten 24 und Glasgewebeschichten 23
besteht. Dabei werden die Gewebeschichten 23 in die Wirrfaserschichten 24, die mit
Harzüberschuß aufgespritzt und verdichtet werden, von Hand eingelegt und mittels
Rollen mit Kunstharz getränkt. Je nach den Anforderungen an die Tragfähigkeit, d.h.
dem eigentlichen Sanierungszweck, werden eine oder mehrere solcher tragenden Einzelschichten
appliziert; Man verwendet ungesättigtes Polyesterharz, das mit den erforderlichen
Beschleuniger- und Härteranteilen versetzt st. Die Glasfasern für die Ausgleichsschicht
22 und die Wirrfaserschichten 24 bestehen aus für das zum Zwecke des Faserspritzens
vorgesehene Schneidverfahren geeigneten Textilglasrovings aus E-Glds mit einem Haftvermittler,
während für die Gewebeschichten 23 Glasrovinggewebe mit Kette/Schuß-Aufbau in Leinwandbindung
verwendet wird.
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Auf der äußeren der Gewebeschichten 23 ist als Oberflächenabschluß
eine Abschlußschicht 25 vorgesehen, deren Aufbau im wesentlichen dem der Wirrfaserschichten
24 entspricht.
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Die in Fig. 2 dargestellte Ausbildung zeigt eine mechanische Verankerung
einer beidseitig auf der Betonplatte 10 aufgebrachten GFK-Schicht 20 mittels Bolzen
31, die durch die Betonplatte 10 und die GFK-Schichten 20 hindurchreichen und letztere
mit Hilfe von Stahllaschen 32 mit dem Beton verspannen,
so daß
die Kräfte unmittelbar von dem GFK in den Beton und umgekehrt übergeleitet werden
können. Eine solche Anordnung wird beispielsweise dann gewählt, wenn das GFK zur
Aufnahme von reinen Zugbeanspruchungen erforderlich ist und die gesamte Zugkraft
aus dem Laminat in den "gesunden" Betonquerschnitt überzuleiten ist.
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Verfahrensablauf und Materialzusammensetzungen: Es wird zunächst eine
gründliche Reinigung der zu beschichtenden Betonoberfläche mittels Hochdruckwaserstrahl
von mindestens 300.atü vorgenommen, bis die Oberfläche wie Waschbeton aussieht.
Die Oberfläche wird somit weitestgehend von Zementschlämme, Zementhaut und/oder
losen und mürben Teilen befreit, und die groben Zuschlagkörner bzw.
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Füllstoffe des Betons liegen größtenteils frei. Statt des Einsatzes
eines Wasserhochdruck-Reinigungsgerätes, das mit ca. 350 bis 400 atü arbeitet, ist
auch der eines Sandstrahl-Reinigungsgerätes möglich.
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Sodann wird die Betonoberfläche getrocknet, bis sie lufttrockenen
Zustand erreicht.
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Auf die trockene Betonoberfläche wird die Grundierung in Form eines
lösungsmittelhaltigen und auf der Basis von Einkomponenten-Polyurethan aufgebautem
Kunstharz im Streichverfahren mittels eines Pinsels gleichmäßig mit etwa 150 g/m2
Verbrauch aufgebracht. Diese Grundierung härtet auch bei Anwesenheit von Restfeuchtigkeit
aus und dringt wegen ihrer relativ geringen Viskosität gut in die Oberflächen des
Betongrundes ein.
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Nach ca. 30 min Trocknungszeit, spätestens aber nach vier Stunden
erfolgt die weitere Beschichtung, indem im Faserspritzverfahren die Ausgleichsschicht
aufgebracht wird. Diese besteht aus 100 Gew.-Teilen ungesättigtem
Polyesterharz,
2 Gew.-Teilen Peroxyd, 0,2 Gew.-Teilen Kobaldbeschleuniger-Lösung (1 % CO-Metall-Gehalt)
und ca.
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25 Gew.-% Glasfaseranteil. Bei dem Polyesterharz handelt es sich um
ein modifiziertes (Zusatz von 10 Gew.-t Monostyrol), thixotrop eingestelltes, ungesättigtes
Polyesterharz, das im voll ausgehärteten Zustand als Formstoff dem Typ 1120 nach
DIN 16946, Blatt 2 (1976) entspricht. Als Glasfaserverstärkung wird Textilglasroving
verwendet, der für das Faserspritzverfahren geeignet ist und aus E-Glas mit einem
EIaftvermittler auf Chrombasis besteht. Er entspricht den Anforderungen der Gruppe
1 nach DIN 61855. Die Mindestdicke der Ausgleichsschicht beträgt 1 mm. Das aufgespritzte
Wirrfaserlaminat wird beim nächsten Arbeitsgang mittels Laminierrollen verdichtet
und "entlüftet".
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Anschließend erfolgt der Auftrag des tragenden Laminats, indem abwechselnd
Wirrfaserschichten de- vorbeschriebenen Konsistenz (150 g/m² Glasflächengewicht
einschließlich Haftvermittler) mit Harzüberschuß aufgespritzt und verdichtet werden,
in die von Hand Gewebelagen eingelegt und mittels Rollen getränkt werden. Das Gewebe
ist Glasrovinggewebe, besteht aus Rovings (Kette/Schuß) mit einer Fadendichte je
cm (Kette/Schuß) von 1, oZltl und ist in Leinwandbindung aufgebaut. Dabei betragen
das Flächengewicht ca. 560 g/m² und das Verstärkungsverhältnis 1,8/0,45 (Rette/Schuß).
Das Gewebe wird mit der Hauptverstärkungsrichtung in Richtung der Hauptbelastung
der zu sanierenden Stahlbetonplatten aufgelegt.
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Die Mindeststärke des Laminats beträgt mindestens eine Lage, was ungefähr
1 mm entspricht; die Gesamtstärke richtet sich jedoch nach den Anforderungen, die
sich aus der statischen Berechnung ergeben.
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Als Abschlußschicht wird eine harzreiche Feinschicht iait den Komponenten
der Wirrfaserschichten von mindestens 0,3 i Dicke und einem Glasgehalt von 20 Gew.-%
aufgebracht.
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Beim Aufbringen des Laminats ist zu beaciten, daß die einzelnen Schichten
genügend entlüften k5nnen.
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Bei Aufbringen der Schichten im Silobeliälter ist in dessen Inneren
zur besseren Aushärtung mindestens 24 Stunden lang eine erhöhte Temperatur bis maximal
40°C vorzusehen.
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Sowohl die Ausgleichsschicht als auch die Abschlußschicht sind nicht-tragende
Bes@andteile des Laminats.
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Zwar ist die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf Silos beschrieben,
weil die Silosanierung eisen wesentlichen Einsatzbereich darstellt, jedoch ist es
ohne weiteres klar, daß es sich nur um eine beispielhafte Angabe handelt und man
auf diese Weise ebensogut andere tragende Konstruktionen im Hoch- und Tiefbau, z.B.
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Geschoßdecken, sanieren kann.
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