Beurteilung von Rissen in Stahlbetonbauteilen aus der Sicht des

Beurteilung von Rissen in Stahlbetonbauteilen aus der Sicht des
Hausverwalters
Referent · 09.11.13
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0. Einleitung – Gliederung
1. Beton – Stahlbeton - Spannbeton
2. Einige Rissarten – Rissbild und Ursachen
3. Fehler am Bauwerk als Hauptrissursache
4. Die Instandsetzungsrichtlinie
5. Fazit
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1. Beton - Stahlbeton - Spannbeton
1.1 Einige Baustoffeigenschaften
1.2 Kombination von Baustoffen
1.3 Warum Stahlbeton reißen muss !
1.4 Gebrauchstauglichkeitskriterium
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1.1 Einige Baustoffeigenschaften
Beton
neben Mauerwerk DER Baustoff in Europa
Wasser, Zement, Kies, Zusatzstoffe
Transportbeton, Baustellenbeton
Fertigteile, Fertigteile mit Ortbetonergänzung
Wichtigster Kennwert ist der w/z-Wert
(Masseverhältnis von Wasser und Zement)
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1.1 Einige Baustoffeigenschaften
Beton
ein größerer w/z-Wert (mehr Wasser)
verbessert die Verarbeitbarkeit
ein kleinerer w/z-Wert (weniger Wasser)
erhöht die Festigkeit
Beton darf nur so verarbeitet werden, wie er
geliefert wird.
Problem:
Herstellung und Überwachung
von Baustellenbeton
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1.1 Einige Baustoffeigenschaften
Betonstahl
hochwertiger Stahl mit größerer Festigkeit
als üblicher Baustahl, sehr dehnbar, gerippt
Stabstahl, Lagermatten, Listenmatten
Biegeliste für die Vorfertigung
Problem:
nachträgliches und mehrfaches
Hin- und Rückbiegen
Spannstahl
Einsatz nur in bauaufsichtlich zugelassenen
Spannverfahren und von geschultem Personal
Problem:
Fertigteildecken, diese Bauteile
dürfen nicht verändert werden
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1.2 Kombination von Baustoffen
Prinzip des Stahlbeton:
Beton allein kann sehr hohe Druckspannungen
aufnehmen, aber quasi keine Zugspannungen.
Der Bewehrungsstahl übernimmt die Zugspannungen
im Stahlbeton, er liegt also in der Zugzone der
Bauteile.
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1.3 Warum Stahlbeton reißen muss !
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1.3 Warum Stahlbeton reißen muss !
Wenn der Stahl im Stahlbeton die ihm zugeordneten Kräfte aufnehmen soll,
dann MUSS der Beton vorher reißen, weil er nur etwa 1/10 der
Dehnfähigkeit des Stahls besitzt.
Es kann bei der Bemessung von Stahlbeton also nur um die Größe und die
Anzahl der Risse gehen. Rissfrei gibt es nicht.
Wenige Stäbe mit großem
Durchmesser führen zu wenigen
breiten Rissen
Mehr Stäbe mit kleineren
Durchmessern induzieren mehr
Risse mit kleineren Rissbreiten.
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1.4 Gebrauchstauglichkeitskriterium
Aus der Sicht der Gebrauchstauglichkeit ist nach diesen Erkenntnissen
offenbar sinnvoll, Kriterien zu formulieren, mit denen die Rissbildung so
kontrolliert werden kann, dass
a) die einwandfreie Nutzung des Bauwerks in der gesamten
Standzeit gewährleistet ist,
b) Leib und Leben nicht gefährdet werden und
c) wirtschaftlicher Schaden abgewendet wird.
Eine Kontrolle der Rissbildung erfolgt in erster Linie durch die
Beschränkung der Rissbreite, weil dadurch die Korrosion der Bewehrung
verhindert bzw. eingeschränkt wird.
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1.4 Gebrauchstauglichkeitskriterium
Als Faustregel dafür, ab welcher Breite ein Riss in einem Stahlbetonbauteil
als gefährlich und sanierungsbedürftig eingestuft werden muss, gilt:
a)
für Innenbauteile
w lm ≤ 0,4 mm
b)
für Außenbauteile
w lm ≤ 0,2 mm
Für bestimmte wasserundurchlässige Bauteile und sog. flüssigkeitsdichten
Beton können schärfere Regeln gelten.
Bei Neubauten sind die zulässigen Rissbreiten gemäß DIN EN 1990 mit
den Planern zu vereinbaren.
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2. Einige Rissarten – Rissbild und Ursachen
2.1 Klassifizierung von Rissen
2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
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2.1 Klassifizierung von Rissen
Risse haben verschiedenste Erscheinungsbilder und müssen für eine
zutreffende Beurteilung entsprechend Klassifiziert werden. Das geschieht
im Wesentlichen nach folgenden Kriterien:
a)
Rissbreite, Rissform, Risstiefe
b)
Risslage in Bezug auf das Bauteil
c)
Rissalter, Rissaktivität
d)
Rissbild, Risserscheinung
Die Klassifizierung von Rissen wird anschaulich an konkreten Beispielen
und anhand von Skizzen demonstriert.
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2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Rissbreite (an der Bauteiloberfläche zu messen)
Viele Risse wirken optisch schlimmer, als sie tatsächlich sind (dunkler Riss
auf hellem Anstrich). Also Rissbreiten stets messen und dokumentieren:
Risslineal, Risslupe, Rissmonitor, Fotoapparat.
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2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Rissform (Verlauf der Breite längs eines Risses)
Bei V-förmigen Rissen hat in vielen Fällen an der größeren
Rissbreite eine größere Kraft gewirkt bzw. wurde an der schmaleren Stelle
des Risses eine größere Verschiebung durch die Konstruktion behindert.
1=
gleichmäßige Kraft
Bild 1
Bild 2
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Bild 3
2,3 = ungleichmäßige
Kraft
2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Risstiefe (zerstörungsfrei schwer zu messen)
Trennrisse, verlaufen bis tief ins Bauteilinnere, Bewehrung kreuzt die
Rissufer (unten rechts)
Oberflächenrisse, befinden sich hauptsächlich im Bereich der
Betondeckung der Bewehrung (unten links)
d
d
Oberflächenriss
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h
Trennriss
2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Rissalter (auch alte Fotos und Unterlagen auswerten)
Neuer Riss:
scharfe Kanten, kein Staub, Farbdifferenz
Alter Riss:
gebrochene Kanten, Staubablagerungen
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2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Risstiefe (unkonventionelle Methoden helfen ggf.)
Beispiel zum Messen der Risstiefe bei offenen Lunkern oder im Bereich
von Abplatzungen, liefert einen Mindestwert.
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2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Risslage (kann nur Fachpersonal beurteilen !)
Wo liegen die Risse in Bezug auf die Funktion des Bauteils ?
Rot:
lastinduzierte Risse
Grün:
Risse mit anderen Ursachen
Bild 1
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Bild 2
2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Rissaktivität (als dreidimensionales Problem sehen !)
Größere Bewegungen nur bei vollständigen Trennrissen.
Ggf. Langzeitmessungen (Rissmonitoring, KEIN Gips !)
w
w
v
w
v
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h
2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Rissbild (Anzahl und Verlauf, Häufung, Ausrichtung)
a) bewehrungskonform (i.d.R. Verlegefehler/Betondeckung)
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2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Rissbild (Anzahl und Verlauf, Häufung, Ausrichtung)
b) wilde Risse (i.d.R. Verdichtungsfehler/Nachbehandlung)
hier zwei Beispiele für Schwindrisse
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2.2 Zuordnung und praktische Beispiele
Abplatzungen (Stahlkorrosion, Betonkorrosion)
Hier: Abplatzungen infolge Kalktreiben (ungelöschter Kalk,
dehnt sich bei Zutritt von Wasser aus)
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3. Fehler am Bauwerk als Hauptrissursache
3.1 Fehler und Bauwerkssicherheit
3.2 Fehler bei der Planung
3.3 Fehler bei der Bauausführung
3.4 Fehler bei späteren Aus- und Umbauten
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3.1 Fehler und Bauwerkssicherheit
Es gibt drei Kategorien für Fehler an Tragwerken:
a) zufällige Fehler
Verteilung der Lasten und
Materialkennwerte
b) systematische Fehler
Berechnungsmodelle und
mathematische Verfahren
c) grobe Fehler
menschliches Versagen, Pfusch
Fehler der Kategorien a) und b) sind normativ durch die
Sicherheitsbeiwerte erfasst. Grobe Fehler lassen sich nicht rechnerisch
erfassen, sondern nur durch Kontrollen.
Der Sicherheitsindex für Bauwerke im Hochbau beträgt 3,8 (DIN EN 1990)
bei kalkulierter Standzeit von 50 Jahren.
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3.2 Fehler bei der Planung
Durch den Einsatz des 4-Augen-Prinzips (Prüfingenieur) minimiert, treten
aber dennoch auf.
Beispiel: Fußpunkt von Windenergieanlagen.
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3.2 Fehler bei der Planung
Weitere Beispiele:
links:
fehlerhaft geplante Lage der Rohrdurchbrüche
rechts: kapitaler Fehler in einer Filigrandeckenplatte
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3.3 Fehler bei der Bauausführung
Häufigste Ursache für Risse in Stahlbetonbauteilen:
Zeitdruck, Profitgier, Vergabepraxis, Qualifikation, Sprache.
Überwachung und Kontrolle nötig.
a) Verlegefehler:
Stababstände, Betondeckung,
Verwechslung, Weglassen
b) Betonierfehler:
Verdichtung, Fallhöhe, w/z-Wert
c) Nachbehandlung:
Austrocknen, Zeitpunkt der Erstbelastung nach dem Betonieren,
Ausschalfristen
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3.3 Fehler bei der Bauausführung
Einige Beispiele:
links:
zu geringe Stababstände an einer Stütze
rechts: fehlende Betondeckung unter einer Bodenplatte
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3.3 Fehler bei der Bauausführung
Einige Beispiele:
links:
verbotenes Mehrfachbiegen von Bewehrungsstahl
rechts: Schallbrücke wegen mangelhafter Schalung
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3.3 Fehler bei der Bauausführung
Einige Beispiele:
links:
zu geringe Betondeckung an einem Sturz
rechts: zu geringer Abstand der Leitungen unter einem Fundament
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3.4 Fehler bei späteren Aus- und Umbauten
Bei späteren Um- und Ausbauten wird das Tragwerk oft ignoriert („Da
kann man einen Panzer drauf stellen.“, „Ist sowieso alles mit 100-facher
Sicherheit gerechnet.“)
IRRTUM, viele Schäden werden zunächst anderen zugeordnet, weil an das
Tragwerk erst später gedacht wird.
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3.4 Fehler bei späteren Aus- und Umbauten
Durchbrechen (neue) Öffnungen für Medienleitungen das Tragwerk ist
IMMER ein Statiker zu fragen.
a) Öffnungen sind mit Zusatzbewehrung eingefasst
b) günstige Lage von Öffnungen parallel zur Tragachse
c) ungünstige Lage von Öffnungen senkrecht zur Tragachse
a)
b)
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c)
3.4 Fehler bei späteren Aus- und Umbauten
Nachträgliche Öffnungen für Medienleitungen in massiven Bauteilen
(Mauerwerk und Stahlbeton) nicht stemmen sondern maschinell herstellen.
Der Presslufthammer schädigt den Verbund zwischen Stahl und Beton.
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3.4 Fehler bei späteren Aus- und Umbauten
Oft sind bei Aus- und Umbauten keine Firmen aktiv, deren Hauptgewerk
der Rohbau ist. Zwei Beispiele für die nicht akzeptable Führung von
Elektroleitungen.
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4. Die Instandsetzungsrichtlinie
4.1 Aufbau und Inhalt der Richtlinie
4.2 Korrosionsschutz der Bewehrung
4.3 Risse – formschlüssig oder kraftschlüssig verfüllen ?
4.4 Weitere Inhalte der Richtlinie
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4.1 Aufbau und Inhalt der Richtlinie
Besteht aus drei Teilen:
Teil 1:
Allgemeine Regeln und Planungsgrundsätze
Teil 2:
Bauprodukte und Anwendung
Teil 3:
Anforderungen an die Betriebe und
Überwachung der Ausführung
Die Instandsetzungsrichtlinie ist anerkannte Regel der Technik und soll in
dieser Eigenschaft als Gesamtwerk im Bauvertrag verankert sein. Die
Vereinbarung nur von Teilen der Richtlinie ist rechtlich unwirksam.
Zu erarbeiten ist der Instandsetzungsplan auf der Grundlage des
Instandsetzungskonzeptes.
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4.1 Aufbau und Inhalt der Richtlinie
Der Instandsetzungsplan ist eine Ausführungsplanung. Er enthält
sämtliche für die Baudurchführung notwendigen Informationen, u.a.:
- Detaillierte Übersicht aller Bauteile die zu behandeln sind
- Zustandsbeschreibung des Objektes
- Festlegen der Schutzziele
- Festlegen von Materialien und Vorgehensweisen
- Berechnungen der Bauzustände und ggf. des Endzustands
- Ausführungsanweisungen für eingesetzte Baustoffe
Je detaillierter die Planung, desto hochwertiger die Ausführung.
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4.2 Korrosionsschutz der Bewehrung
Betonstahl rostet, wenn der Luftsauerstoff i.V. mit Wasser und sauren
Ionen (Chloride) einwirkt. Infolge der Volumenvergrößerung wird die
Betondeckung abgesprengt.
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4.2 Korrosionsschutz der Bewehrung
Betonstahl benötigt eine basische Umgebung als Schutz vor Korrosion.
Dazu gehört das Entfernen karbonatisierter Betonbestandteile. Prüfmittel:
Phenolphtalein
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4.2 Korrosionsschutz der Bewehrung
Der von karbonatisierten Bestandteilen befreite Betonstahl muss je nach
Erfordernis hydrophobiert werden (Anstrich mit speziell zugelassenen
Baustoffen).
Bauzustände wie in diesem Bild
erfordern deren statische
Untersuchung. Die freigelegte
Bewehrung ist u.U. längere Zeit
NICHT tragfähig. Oft sind temporäre
Absteifungen nötig.
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4.3 Risse, form- oder kraftschlüssig füllen?
Es gibt viele Materialien auf dem Markt. Für bestimmte Einsatzzwecke
müssen diese bauaufsichtlich zugelassen sein. Grundsätzlich wird
unterschieden:
a)
kraftschlüssiger Verbund (Bauteil kann am Riss
wieder Spannungen übertragen)
b)
formschlüssiger Verbund (optische Reparatur, der
Riss ist nicht mehr sichtbar, kann „sanft“ arbeiten)
Was zum Einsatz kommt, kann nur ein Statiker bestimmen. Es ist ferner
wichtig, die Rissursache zu beseitigen. Das Verpressmittel muss auf das
Instandsetzungsprinzip ausgerichtet werden.
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4.3 Risse, form- oder kraftschlüssig füllen?
Wichtigste Materialien zur Rissverpressung sind Harze, Zementsuspensionen
und Zementleime:
a) Polyurethanharze sind die einzige Variante für eine
begrenzt dehnfähige Verbindung
b) Epoxidharze und zementgebundene Mittel führen stets
zum Kraftschluss
Sind die Ursachen NICHT beseitigt, führt eine kraftschlüssige Verbindung
früher oder später zu erneuten Rissen.
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4.4 Weitere Inhalte der Richtlinie
Die Richtlinie legt in Abhängigkeit von den gewählten bzw. notwendigen
Instandsetzungszielen Anforderungen fest für
a) Oberflächenschutzsysteme
b) Betonersatz bzw. Betonergänzungen
Das soll an dieser Stelle nicht weiter besprochen werden.
PCC =
PolymerCementConcrete
Armierungsflies
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5. Fazit
1. Risse in massiven Bauteilen sind unvermeidbar.
2. Als Faustregel gilt:
max. zulässige Rissbreite
Innenbauteile
w lm ≤ 0,4 mm
Außenbauteile
w lm ≤ 0,2 mm
3. Besondere Vorsicht bei Um- und Ausbauarbeiten:
Das Tragwerk ist ohne Zustimmung des Statikers tabu.
4. Die Instandsetzungsrichtlinie muss Bestandteil des
Werkvertrags sein.
5. Regelmäßige Kontrollen und offene Augen fördern die
Früherkennung von Schäden, die später teuer saniert
werden müssen.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
Ich stehe gern für Ihre Fragen zur Verfügung !
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