8 der bauschaden | Juni / Juli 2014

Am Objekt

Während ihres Lebenszyklus sind Parkhäuser und Tiefgaragen Ein-

flüssen wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit oder Tausalzen ausgesetzt. Ein aktuelles Großprojekt zeigt, wie daraus ein kom-plexes Schadensbild entsteht, auf das die Instandsetzungsmaßnahmen indivi-duell zugeschnitten werden müssen.

Neben der Stahlkorrosion durch Depassi-vierung des Betons entstehen in Tiefgara-gen Schadensbilder durch Chlorideinträge. Werden die Betonoberflächen nicht durch entsprechende Schutzmaßnahmen vor äu-ßeren Einflüssen geschützt, können mecha-nische, physikalische oder chemische Ein-wirkungen die Dauerhaftigkeit der Bauteile und im schlimmsten Fall die Standsicherheit infolge Bewehrungskorrosion beeinflussen.

Schadensmechanismus

Die häufigsten Ursachen für die Scha-densentstehung in Parkgaragen liegen in der

Beton, Baustoff für die Ewigkeit? Schadensentstehung und Instandsetzung am Beispiel einer Parkgarage

Planung oder Ausführung. Gefälleausbil-dungen und Entwässerungseinrichtun-gen wie Rinnen oder Bodenabläufe fehlen häufig ganz oder sind durch Verschmut-zungen infolge nachlässiger Wartung nicht mehr funktionsfähig. Dadurch können sich großflächig Wasseransammlungen auf den Bodenflächen bilden. In Staubereichen vor aufgehenden Bauteilen wie Wand- und So-ckelflächen kann Feuchtigkeit infolge von Kapillarwirkung aufsteigen und so die So-ckelbereiche durchfeuchten.

Durch Schwinden, Spannungen oder Tem-peraturschwankungen können Risse im Beton entstehen. Bei ungeeigneten Ober-flächenschutzmaßnahmen kann an sol-chen Gefahrenstellen Feuchtigkeit in den Beton eindringen und im schlimmsten Fall bis zum Bewehrungsstahl gelangen. In Ver-bindung mit Sauerstoff wird so Korro sion am Bewehrungsstahl ausgelöst, was bis zu standsicherheitsrelevanten Querschnitts-verlusten an der Bewehrung führen kann.

Dabei wird grundsätzlich zwischen den zwei nachfolgend beschriebenen Korro-sionsarten unterschieden:

Durch Karbonatisierung des Betons kann es zur Korrosion am Bewehrungs-stahl kommen. Neuer Beton hat einen pH-Wert von ca. 12,5, d. h., er ist alkalisch. In diesem alkalischen Milieu bildet sich an der Oberfläche des Bewehrungsstahls eine passivierende Oxidschicht. Diese schützt ihn wirkungsvoll vor Korrosion. Bei inho-mogenen Oberflächen oder Rissen kann i. V. m. eindringendem Kohlendioxid aus der Umgebungsluft Wasser zu Kohlen-säure reagieren. Diese verbindet sich mit dem Kalkhydrat zu Kalziumkarbonat und Wasser. Dieser Vorgang, der zu einer Ver-dichtung des Betongefüges und zu einer Erhöhung der Betonfestigkeit führt, wird als Karbonatisierung bezeichnet. Die Alka-lität des Betons, die den Korrosionsschutz für den eingelegten Bewehrungsstahl dar-stellt, wird hierbei abgebaut. Erreicht der

(1) Teilbereich der im Beitrag vorgestellten Tiefgarage nach Abschluss der Instandsetzungsarbeiten

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pH-Wert des Betons Werte unter etwa 10, dann ist kein aktiver Korrosionsschutz mehr für den Stahl vorhanden.

Karbonatisierungskorrosion verursacht eine bis zu dreifache Volumenvergrößerung der korrodierenden Stahlteile. Es entstehen enorme Sprengkräfte, die die Zugfestigkei-ten des Betons bei Weitem überschreiten. Die Folgen davon sind partielle Betonab-platzungen, die sich in der Entstehungs-phase meist in Form von Rissbildungen, Rostfahnen und Hohlstellen bemerkbar machen.

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(2) Die Karbonatisierungskorrosion macht sich durch Rissbildungen und Abplatzun-gen bemerkbar.

Im Gegensatz hierzu wird die chloridin-duzierte Korrosion durch die von Fahr-zeugen in das Parkhaus eingebrachte tausalzhaltige Nässe verursacht. Je nach Betonqualität kann dabei chloridbelaste-te Feuchtigkeit bis zum Bewehrungsstahl eindringen. Haben die Chloride den Stahl erreicht, durchdringen sie punktuell die Passivschicht der Stahloberfläche. In Ver-bindung mit Sauerstoff und Wasser findet eine in der Tiefe fortschreitende Eisenauf-lösung statt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Lochfraßkorrosion. Besonders gefährdete Bereiche sind Bodenflächen

und Sockelbereiche von aufgehenden Bauteilen, an denen sich Pfützen bilden sowie Fugenbereiche und Deckenkonst-ruktionen im Bereich der größten Durch-biegungen. Die chloridinduzierte Korro-sion hat keine Volumenerweiterung des Baustahls zur Folge und ist somit von außen oft nicht sichtbar.

Fallbeispiel

Nachfolgend sollen am Beispiel einer der-zeit laufenden umfangreichen Instand-setzungsmaßnahme einer öffentlichen Tiefgarage die Untersuchungen für eine Bauzustandsanalyse und die daraus resul-tierenden Instandsetzungsmaßnahmen dar-gestellt werden.

Es handelt sich um eine innerstädtische dreigeschossige Tiefgarage aus dem Jahr 1974 mit 660 Stellplätzen auf 17.000 m². Die Tiefgarage besitzt je eine Ein- und Aus-fahrtsspindel. Über der Tiefgaragendecke verläuft eine Hauptdurchgangsstraße; dort befindet sich auch der zentrale Omnibus-bahnhof. Bereits in den Jahren nach der Fertigstellung trat – insbesondere bei auf-tretenden Niederschlagsereignissen – über die Dehnfugen Feuchtigkeit in das Gebäu-de ein. Bis heute sind hieraus umfangreiche Feuchteschäden in allen Dehnfugenberei-chen entstanden. Zudem wurden im Laufe der Jahre Chloride durch die Fahrzeuge zu-sammen mit Schneematsch in die Tiefgara-ge eingetragen, was stellenweise zu hohen Chloridbelastungen an den Bodenflächen und aufgehenden Bauteilen führte.

DAfStb-Richtlinie

Grundlage für Betoninstandsetzungsmaß-nahmen ist die DAfStb-Richtlinie zum Schutz und Instandsetzung von Beton-bauteilen vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (Ausgabe Oktober 2001 und Berichtigung vom Dezember 2005). Darin wird die Planung, Durchführung und Überwachung für Schutz- und Instandset-zungsmaßnahmen für Bauwerke und Bau-teile aus Beton und Stahlbeton geregelt. In Abschnitt 3 ist festgelegt, dass mit der Beurteilung und Planung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen ein sachkun-diger Planer, der die erforderlichen Kennt-nisse nachweisen kann, beauftragt werden muss.

Bauzustandsanalyse

Planungsgrundlage war die Bauzustands-analyse, die vor der eigentlichen Planung durchgeführt wurde. Diese umfasste neben der Erfassung aller Schäden analytische und messtechnische Untersuchungen, die abhängig von Schädigungsgrad und -art festgelegt wurden.

Erster Schritt war die Sichtung der beim Bauherr oder Bauamt vorhandenen Ge-nehmigungs- und Bestandsunterlagen. Diese Unterlagen waren Grundlage für die Beurteilung der Standsicherheitsrelevanz und gaben Aufschlüsse über eingebaute Betonqualitäten und planmäßige Betonde-ckungen.

Nach den derzeit geltenden Richtlinien (DBV-Merkblatt Heft 20, Parkhäuser und Tiefgaragen, Deutscher Beton- und Bau-technikverein) ist die Einteilung der Bautei-le in Expositionsklassen nach DIN EN 206 / DIN 1045-2 für die Betondeckung maß-gebend. Daraus ergibt sich bei Neubauten bzw. neuen Bauteilen eine Betongüte C35 / 45 XD3 und eine Mindestbetonüberde-ckung von 40 mm. Eingebaut wurde im Jahr 1974 ein Beton Bn 250 mit einer plan-mäßigen Betondeckung von 15 mm. Somit entsprechen die damaligen Vorgaben nicht den heutigen Anforderungen hinsichtlich Betongüte und Korrosionsschutz.

Innerhalb der Tiefgarage wurde eine detail-lierte visuelle Schadensaufnahme durch-geführt. Erfasst wurden Schadensbilder wie Risse, Betonabplatzungen, Farbablösungen, Hohlstellen, Gefügestörungen, Feuchte-schäden und Bewehrungskorrosion. Sämt-liche Schäden wurden fotografisch und lagemäßig im Schadenskatasterplan doku-mentiert.

Um die Ursache der Feuchtigkeitseintritte in den Dehnfugen festzustellen, wurden über der obersten Geschossdecke Schürf-gruben hergestellt, um den Schichtenauf-bau ab Oberkante Rohdecke beurteilen zu können. Zusammenfassend sind folgende Hauptschadensmerkmale festgestellt wor-den:

• Großflächige Abplatzungen und starke Korrosion an allen tragenden Bauteilen im Bereich der undichten Gebäudefugen

(3) Die Lochfraßkorrosion wird durch Tau-salzeintrag verursacht und ist von außen oft nicht sichtbar.

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Am Objekt

• Rissbildungen, Abplatzungen und Be-wehrungskorrosion an Deckenuntersich-ten. Örtlich sind die Betondeckungen so gering, dass Bewehrung korrodierend an der Oberfläche liegt.

• Ausgeprägte Feuchtigkeitsmerkmale wie Farbablösungen und Ausblühungen par-tiell an allen Deckenunterseiten

• Farbablösungen und Abplatzungen an den Bodenflächen und an den Stützen- und Wandsockeln

• Beschädigte und undichte Klemmflan-sche der Fugenabdichtungen

(4) Abplatzungen an den Deckenuntersich-ten wurden durch geringe Betonbedachun-gen begünstigt.

Chloridbelastung

Der kritische, korrosionsauslösende Chloridgehalt ist keine feste Größe und hängt von zahlreichen objektspezifischen Eigenschaften ab. So ist der Korrosionsfort-schritt u. a. stark abhängig vom Feuchtig-keitsgehalt im Beton. Durch die einge-tragene Nässe herrscht in der Tiefgarage bei entsprechenden Witterungsverhältnis-sen ein relativ hoher Feuchtigkeitsgehalt. Zudem ist die chloridinduzierte Korrosi-on von der Betonqualität, insbesondere der Dichtheit abhängig. Bei sehr dichtem Beton ist die Sauerstoffdiffusion behindert und der Korrosionsgrad geringer. Allge-mein wird jedoch nach der DAfStb-Richt-linie zur Beurteilung des korrosionsauslö-senden Chloridgehalts ein Grenzwert von 0,5 Masse-% bezogen auf den Zementge-halt zugrunde gelegt.

Zur Bestimmung der Chloridgehalte wur-den Bohrmehlproben mittels eines Bohr-mehlentnahmegeräts mit Hohlbohrer und Absaugung aus drei verschiedenen Tiefen in Anlehnung an Heft 401 des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton entnommen. Die Tiefenstufen wurden mit 0 – 20 mm, 20 – 40 mm und 40 – 60 mm festgelegt.

Das anfallende Bohrmehl wurde auf den Chloridgehalt analysiert.

Die Auswertung der Messstellen an De-cken, Wänden und Stützen zeigt im vor-liegenden Fall Überschreitungen des kor-rosionsauslösenden Chloridgehalts bis zum Faktor 6. Auffällig war, dass an fast allen Messstellen korrosionsauslösende Chlo-ridgehalte in allen drei Tiefenstufen bis 60 mm festgestellt wurden. Bei planmäßi-gen Betondeckungen von 15 mm bedeutet das, dass die Bewehrung großflächig im chloridkontaminierten Bereich liegt.

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(5) Die Stützbewehrung im Bereich der un-dichten Gebäudefugen war bereits korro-diert.

Die höchsten und häufigsten Überschrei-tungen wurden in der Einfahrtsebene ge-messen. Dort verlieren die Fahrzeuge beim Einfahren in die Tiefgarage den größten Teil von tausalzhaltiger Nässe. Die Chlo-

ridbelastungen nehmen nach unten hin ab und sind in der untersten Ebene am ge-ringsten. Die Decke des obersten Geschos-ses wies keine nennenswerten Chloridbe-lastungen auf.

Betonüberdeckung

Die Betonüberdeckung wurde mit einem Bewehrungssuchgerät für die zerstörungs-freie Ortung von Bewehrungsstäben sowie für die Messung der Betonüberde-ckung und die Bestimmung des Stabdurch-messers gemessen.

Die Messstellen waren teilweise iden-tisch mit den Bohrmehlentnahmestellen zur Chloridbestimmung. Dadurch ist eine Beurteilung möglich, ob die Bewehrung bereits im chloridkontaminierten Bereich liegt und chloridinduzierte Korrosion ent-stehen kann. Zusätzlich wurden mehrere Linienmessungen an den Decken durch-geführt, um die genaue Lage der Beweh-rung feststellen zu können, da bei stich-probenartigen Messungen teilweise sehr hohe Betonüberdeckungen festgestellt wurden.

Die Messungen ergaben an aufgehenden Bauteilen und Deckenunterseiten häufige Unterschreitungen der in der ursprüngli-chen Planung vorgesehenen Betondeckun-gen von 15 mm, die Linienmessungen der oberen Bewehrungslage insbesondere in den Stützbereichen sehr hohe Betonüber-deckungen von teilweise 70 bis 90 mm. Bei einer Gesamtdeckenstärke von 17 cm hat dies enorme Auswirkungen auf die Zugbe-lastung der oberen Bewehrungslage.

(6) Ein Ausschnitt aus dem Schadenskataster zeigt die unterschiedlichen Schadensbilder (u. a. Rissbildungen, Abplatzungen, Korrosion).