Fakultät Bauingenieurwesen, Institut für Baustoffe, Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine Modul 4-21, WS Bauen im Bestand – Instandsetzungsmethoden und -baustoffe Teil 9: Oberflächenschutzsysteme Viktor Mechtcherine Institut für Baustoffe Oberflächenschutzsysteme [http://www.b-o-s-s-gmbh.net] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 2- Einleitung Bauteiloberflächen spielen eine wichtige Rolle hinsichtlich des Einwirkens schädigender und korrosiver Prozesse: Physikalische Belastung: - TemperaturWechsel - Frost-TauWechsel - Kristallisationsdruck v. Salzen - ... Chemische Belastung: - Sulfat-, Chlorid-, Säure- und Seewasserangriff - Auslaugung - Karbonatisierung - ... Mechanische Belastung: Biologische Belastung: - Angriff durch Mikroorganismen, Moose, Pilze, Insekten - Stoß, Abrasion, Erosion - Konstruktive Fehler - ... - ... Alle diese Mechanismen können im Zeitverlauf irreversiblen Schäden an Baustoffen provozieren und letztendlich zu gravierenden Gebäudeschäden führen. TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 3- Einleitung Ziele des Oberflächenschutzes: • Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken • Erhöhung des Betonwiderstandes • Abwendung von Bauschäden • Vorbeugende Schutzmaßnahmen gegen das Eindringung von betonund stahlangreifenden Stoffen • Optische sowie ästhetische Wirkung Reduzierung der Gefahr bzw. negativen Auswirkungen von: • Wassereindringen • Karbonatisierung • Frost-Tau-Wechsel • Chlorideindringen (besonders Frosttausalzeinwirkung) • Sulfatangriff • Mechanische Beanspruchung .... und Kombinationen - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 4- Konstruktiver Oberflächenschutz Kein konstruktiver Schutz ! Betonschäden Effektiv wirkende konstruktive Maßnahmen ! Schadensvermeidung [Bilder: Götze] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 5- - 6- Notwendigkeit des Oberflächenschutzes Oberflächenschutzmaßnahmen ! Keine Schäden Kein Oberflächenschutz ! Abwitterungen und Rissbildungen [Bilder: Götze] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand Notwendigkeit des Oberflächenschutzes Chloridinduzierte Bewehrungskorrosion auf einem unbeschichteten Stellplatz. [Bild: Raupach] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 7- Normen und Richtlinien • DIN EN 1504: „Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken” • DIN V 18026: (Restnorm) „Oberflächenschutzsysteme für Beton aus Produkten nach DIN EN 1504-2” • Richtlinie - Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungs-Richtlinie) sowie nachträgliche Berichtigungen Deutscher Ausschuss für Stahlbeton • „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen unter Verwendung von Kunststoffen“ Sachstandsbericht, Heft 443 Deutscher Ausschuss für Stahlbeton • ZTV-ING: Teil 3 Massivbau, Abschnitt 4 “Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen” Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten der Bundesanstalt für Straßenwesen, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung der BRD TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 8- Oberflächenschutz: Methoden u. Materialien Oberflächenschutzprodukte und -systeme werden verwendet, um die Dauerhaftigkeit des Betons und der Stahlbetontragwerke für Neubauten als auch bei Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten zu erhöhen. Methoden des Oberflächenschutzes: " Hydrophobierung (H) " Imprägnierung (I) " Beschichtung (C) Coating Ein Oberflächenschutzsystem besteht aus einzelnen Schichten. Eingesetzte Bindemittel: • Organische Polymere • Organische Polymere in Kombination mit Zement (Füllstoff) TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 9- Oberflächenschutzsysteme Hydrophobierung Versiegelung (Imprägnierung) Beschichtung Eindringtiefen und Schichtdicken von Oberflächenbeschichtungen [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 10 - Hydrophobierende Imprägnierung • Herstellung einer hydophoben Betonoberfläche (Perleffekt). • Die Hydrophobierung erhöht den Frost-Tausalzwiderstand. • Die Poren und Kapillaren sind nur innen ausgekleidet, aber nicht gefüllt. • Auf der Betonoberfläche bildet sich kein Film. Das Aussehen wird nur wenig bzw. nicht verändert (keine spezifische Mindestdicke). • Der hydrophobierende (wasserabweisende) Effekt ist zeitlich begrenzt: 5 bis 10 Jahre. Schema: Hydrophobierende Imprägnierung Aktive Verbindungen können z. B. Silane oder Siloxane sein. TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand [DIN EN 1504-2] - 11 - Hydrophobierende Imprägnierung Wirkungsweise: # Hydrophobierende Imprägnierungen verändern die Wasserdampfdurchlässigkeit nur sehr wenig. # Sie behindern jedoch den Eintritt flüssigen Wassers. Hydrophobierte Flächen lassen Regenwasser abperlen, aber Wasserdampf von innen nach außen diffundieren. # Sobald ihre Wirkung nachlässt, ist eine Erneuerung erforderlich. Vorbereitung des Untergrundes und Auftragsbedingungen: " " " " Reinigen Trocknen Temperatur > ! 8 °C Mindestens zweimal auftragen, um eine hohe Eindringtiefe zu erhalten [Bilder: www.kalle-weih.de/bautenschutz.htm, Sto-AG] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 12 - Hydrophobierungseffekt Auswirkung einer Hydrophobierung auf den Randwinkel und die kapillare Saugfähigkeit des Betons Beton: unbehandelt Beton: mit Hydrophobierung a) Freie Substanz Wirkungsweise siliziumorganischer Hydrophobierungsmittel Während die anorganischen Silizium-Anteile für die Haftung am mineralischen Untergrund sorgen, bewirken die angelagerten organischen Bausteine den wasserabweisenden Effekt. b) Silikonharz auf der Betonoberfläche [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443; Foto: www.nano-techbeschichtungen.ch/501.html ] 13 - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand Hydrophobierende Imprägnierung Beständigkeit von Polysilan-Hydrophobierungen Zeitpunkt des Auftragens Wasserabweisung nach Jahren gut erkennbar Untergrund Ziegelmauerwerk - 20 23 Kalksandsteinmauerwerk frisch nach 6 Monaten 5 12 10 15 Beton frisch nach 6 Monaten 5 12 7 17 Mörtel und Putz frisch nach 6 Monaten 4 14 12 23 [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 14 - Hydrophobierende Imprägnierung Mittlerer Materialbedarf und Eindringtiefe (Anhaltswerte) Baustoff Verbrauch (l/m²) Eindringtiefe (mm) Normalbeton Leichtbeton Porenbeton 0,1 ... 0,5 0,2 ... 0,6 0,5 ... 1,0 0,5 ... 5 2 ... 5 3 ... 5 Mineralische Putze 0,3 ... 0,8 2 ... 7 Naturstein 0,1 ... 1,5 0 ... 10 [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 15 - Hydrophobierende Imprägnierung Wirkung einer Tiefenhydrophobierung (TH) [http://www.interlotus.de/0-sidebar/multimedia.html] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 16 - Imprägnierung • Reduzierung der Oberflächenporosität sowie Verfestigung der Oberfläche. • Die Poren und Kapillaren sind teilweise oder vollständig gefüllt. • Diese Behandlungen führt meistens zu einem ungleichmäßigen, dünnen Film auf der Betonoberfläche mit einer Dicke von 10 bis 100 !m. Schema: Imprägnierung Bindemittel sind z. B. organische Polymere. [DIN EN 1504-2] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 17 - Imprägnierung Abhängigkeit der Eindringtiefe von AcrylatMonomeren von der Betonzusammensetzung Eindringtiefe (mm) Mischungsverhältnisse Z: Zement K: Gesteinskörnung W: Wasser Imprägnierzeit (h) [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 18 - Imprägnierung Spannungs-Stauchungsverhalten von polymergetränktem Beton Spannung ! (N/mm²) Dehnung " (mm/m) [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 19 - Beschichtung • Herstellung einer geschlossenen Schutzschicht auf der Betonoberfläche. • Dicke beträgt üblicherweise 0,1 bis 5,0 mm. Besondere Anwendungen können eine Dicke größer 5 mm erfordern. Schema: Beschichtung Bindemittel können z. B. organische Polymere oder organische Polymere mit Zement als Zusatzstoff oder mit Polymerdispersion modifizierter hydraulischer Zement sein. [DIN EN 1504-2] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 20 - Beschichtung Aufsprühen einer Beschichtung. Zur Beachtung: Arbeitsschutzmaßnahmen [www.colordach.info/polyurea.html] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 21 - Beschichtung Einfluss von Beschichtungen mit unterschiedlichem Diffusionswiderstand für CO2 auf die Karbonatisierungstiefe von Beton Spannungsverteilung einer gummielastischen rissüberbrückenden Beschichtung Karbonatisierungstiefe (mm) Beschichtung Betonuntergrund Riss Betonalter (a) [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 22 - Beschichtungsschäden Entstehung von typischen Schadensursachen und deren Auswirkungen auf polymerbeschichteten Betonoberflächen mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 5 mm: • Blasenbildung • Rissbildung • Ablösungen • Verschleiß und Abnutzung infolge Gebrauch • Chemischer Angriff - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 23 - Ursachen von Beschichtungsschäden Entstehung von Überdruck in Beton 1. Gasdruck 2. Hydrostatischer Druck Beschichtung Beton Beschichtung Einwirkung von Gasdrücken auf die Innenseite von Beschichtungen Einwirkung hydrostatischer Drücke auf ein Betonbauteil Ursache: Gase oder Luft, die im Beton eingeschlossen sind, dehnen sich bei Erwärmung der Oberfläche bzw. des Betons aus. Ursache: Im gesättigten Porensystem wird Wasserdruck durch Beton weitergeleitet und wirkt auf die Beschichtung. Beispiel: Grundwasser wirkt auf Behälter mit beschichteter Innenseite. Gegenmaßnahme: Beidseitiges Beschichten des Betons. TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 24 - Ursachen von Beschichtungsschäden Entstehung von Überdruck in Beton 4. Osmotische Vorgänge 3. Kapillardruck Beschichtung B>A Eine Lösung ist bestrebt, sich zu verdünnen Beton Semipermeable Wand Transportvorgänge durch eine semipermeable Wand Bauteil in Kontakt mit Wasser Ursache: Beton nimmt durch kapillares Saugen Wasser auf, Luft im Porensystem zwischen wassersattem Beton und Beschichtung steht unter Kapillardruck, Unregelmäßigkeiten in der Beschichtung führen zu Spannungsspitzen. Semipermeable Eigensch.: Grundierung, Zementstein Lösungsmittel: Wasser Gelöste Stoffe: im Porenwasser des Zementsteins: NaOH, KOH, Ca(OH)2; in der Beschichtung: verschiedene wasserlösliche Bestandteile. Im Labor wurden Drücke bis zu 2 bar gemessen, ausreichend für Ablösungen. Folgen: Blasenbildung oder Quellen der Beschichtung. Beispiel: Im Wasser stehende Bodenplatte aus Beton. Gegenmaßnahmen: Beschichtungen ohne wasserlösliche Substanzen verwenden. - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 25 - Beschichtungsschaden: Blasenbildung Bildung von Blasen Ursachen - Wasserlösliche Komponenten - Abheben der Beschichtung - Verseifungsreaktionen Aufbau – Industrieböden Oberflächenschutz Deckschicht Grundierung Bauteil [Sto-AG, Richter] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 26 - Ursachen von Beschichtungsschäden Spannungen aus unterschiedlichen Verformungeigenschaften • Eigenspannungen in Dickbeschichtungen • Spannungen "y in der Kontaktzone geschwächte Zone Ursachen: - Wärmedehnung Ergebnisse: - Schwinden [Günter, 1997] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - Risse auf der Beschichtung, z.B. bei plötzlichem Abkühlen - Geschwächte Randzonen, Ablösungen - 27 - Beschichtungsschäden Ursache: Unterschiedliches Verformungsverhalten Abplatzungen Ablösungen - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 28 - Ursachen von Beschichtungsschäden Rissbewegung Riss Beschichtung Beton Spannungen bei Rissen im Beton Fall 1: Überbrückung eines bestehenden Risse mit variabler Rissweite Verbundspannung Maßgebende Parameter: - Effektiver Elastizitäsmodul der Beschichtung - Länge der Verbundzone an den Rissufern Zugspannung in Beschichtung Verschiebung der Beschichtung [Günter, 1997] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 29 - Ursachen von Beschichtungsschäden Beschichtung Beton Riss Mittlere Verbundfestigkeit und/oder steife Materialeigenschaften Hohe Verbundfestigkeit und/oder weiche Materialeigenschaften Spannungen bei Rissen im Beton Fall 2: Überbrückung eines Betons im neu entstehenden Riss Auswirkungen unterschiedlicher Verbundfestigkeiten und Materialsteifigkeiten auf das Verformungsverhalten der überbrückenden Beschichtung. Anriss von unten her Kerbspannungen TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand [Günter, 1997] - 30 - Schäden an Beschichtung und Baustoff Innenstadtparkfläche: Über einen Riss eingedrungener basischer Reiniger führte zur Baustoffkorrosion. [Littmann, Pleyers] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 31 - Oberflächenschutzsysteme: EN 1504-2 Prinzipien und Verfahren für Oberflächenschutzsysteme: • Prinzip 1 (PI): Schutz gegen das Eindringen von Stoffen Hydrophobierung (H), Imprägnierung (I), Beschichtung (C) • Prinzip 2 (MC): Regulierung des Feuchtehaushaltes Hydrophobierung (H), Beschichtung (C) • Prinzip 5 (PR): Physikalische Widerstandsfähigkeit /Oberflächenverbesserung Beschichtung (C), Imprägnierung (I) • Prinzip 6 ( RC): Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien Beschichtung (C) • Prinzip 8 (IR): Erhöhung des elektrischen Widerstands durch Begrenzung des Feuchtegehaltes Hydrophobierung (H), Beschichtung (C) - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 32 - Beispiel Nanosilane: Prinzip 1 bzw. Prinzip 2 Prinzip 2 (MC): Regulierung des Feuchtehaushaltes Prinzip 1 (PI): Schutz gegen das Eindringen von Stoffen Hydrophobierung (H) mit Nanosilanen Durch Feuchtigkeit können Bauschäden wie z. B. Stahlkorrosion, Ausblühungen Frostschäden entstehen. 1: Tiefenwirkung: Hydrophobiermittel bis 50 mm 2: Korrosionsschutzwirkung 3: Lackpartikel sind 100mal größer als Nanosilane [www.protectosil.com, www.interlotus.de] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 33 - Beispiel Nanosilane: Prinzip 1 bzw. Prinzip 2 Prinzip 2 (MC): Prinzip 1 (PI): Regulierung des Feuchtehaushaltes Schutz gegen das Eindringen von Stoffen Hydrophobierung (H): hier mit Nanosilanen hydrophobiert Wasseraufnahme im Beton Applikation mit Airlesssprühgerät [www.interlotus.de] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 34 - Klassifikation nach Instandsetzungsrichtlinie Richtlinie des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton: „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ Die Vielzahl von Varianten von Beschichtungssystemen und Maßnahmen zum Schutz von Betonoberflächen wurden in dieser Richtlinie herausgegeben und klassifiziert. Klassifikation in verschiedene Oberflächenschutzsysteme: OS 1: Hydrophobierende Imprägnierung Mindestschichtdicke: OS 2: Imprägnierung OS 4 – OS 13: Beschichtung keine Mindestschichtdicke: 0.08 mm Mindestschichtdicke: 0.08 mm … 5 mm Von der Schichtdicke hängt maßgeblich die Schutzfunktion eines Oberflächenschutzsystems ab. Bezeichnung: OS - Oberflächenschutzsystem - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 35 - Klassen nach Instandsetzungsrichtlinie-DAfStb Klasse Kurzbeschreibung Dicke Hydrophobierende Imprägnierung OS 2 Imprägnierung für nicht begehbare- und befahrbare Flächen 80 !m Polymerdispers., PU, Silan Siloxan,Mischpolymerisat OS 4 Beschichtung für nicht begeh- und befahrbare Flächen mit erhöhter Dichtigkeit 80 !m Polymerdispers., PU, Silan Siloxan, Mischpolymerisat OS 5 Beschichtung: nicht begeh,- befahrbare Flächen mit mind. “sehr niedriger” Rissüberbrückungsfähigkeit 300 !m 2000 !m OS 7 Beschichtung unter bituminiösen Dichtungsschichten begeh-, befahrbarer Flächen, Brücken und ähnliche Bauwerke 1 mm EP OS 8 Beschichtung für befahrbare, mechanisch stark belastete Flächen, chemisch widerstandsfähig 1500 2500 !m EP OS 9 Beschichtung für nicht begeh-, befahrbare Flächen mit „erhöhten“ Rissüberbrückungsvermögen 1 mm PUR, modifiziertes EP, Polymerdispersion, PMMA OS 10 Beschichtung Dichtungsschicht unter bituminiösen oder anderen Schutz- und Deckschichten mit „sehr hoher“ Rissüberbrückungsfähigkeit,befahrbare Flächen 2 mm PUR und andere OS 11 Beschichtung für befahrbare Flächen mit mindestens „erhöhter“nicht dynam. Rissüberbrückungsfähigkeit 3...5 mm PUR, modifiziertes EP, 2-K-Methylmethacrylat OS 13 Beschichtung für befahrbare Flächen mit starker mechan. Belastung, nicht dynam. Rissüberbrückung 5 mm PUR, modifiziertes EP, 2-K-Methylmethacrylat TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - Bindemittelgruppen OS 1 Silan, Siloxan, (Silikonharz) Polymer-Dispersion Polymer-Zementgemisch - 36 - Bezeichnungen und Auswahl nach ZTV-ING ZTV-ING: Teil 3 Massivbau, Abschnitt 4 (Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten der Bundesanstalt für Straßenwesen, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung der BRD) ZTV-ING gilt für Verkehrsbauwerke mit nahezu gleichen Festlegungen wie in der Instandsetzungsrichtlinie. Systembezeichnungen: Auswahl: OS-A OS-B OS-C OS-D OS-E OS-F OS-A bis OS-C: für für für für für für OS 1 OS 2 OS 4 OS 5 OS 9 OS 11 Bevorzugt: Beachten: - Brückenuntersichten - vorbeugender Oberflächenschutz Systeme mit ausreichender Wasserdampfdurchlässigkeit - Funktion des Bauteils - Tausalzeinwirkung - mechan. Beanspruchung - Rissüberbrückung TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 37 - - 38 - Polymermaterialien für OS 1 Hydrophobierende Imrägnierung für vertikale Flächen: • Silane, Siloxane Für große Flächen: Anwendung der Airless-Technik [www.dpp.de] Auftrag und Anforderungen an den Untergrund: • Wirkstoffe in einem - besser in zwei Arbeitsgängen auftragen • Applikation: Bürsten, Rollen, Spritz-, Flut oder Tauchverfahren, bevorzugt: Sprühen bei geringem Druck unter 2 bar (Airlessgeräte) • Auftrag bei senkrechten Flächen: von unten nach oben • Untergrund: frei von Schmutz, Staub, Ausblühungen und trocken TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand Polymermaterialien für OS 2 bis OS 5 Nicht begehbare / nicht befahrbare Flächen, z. B. für Fassaden: • Mischpolymer, gelöst bzw. wasseremulgiert: AY, PUR, EP • Polymer-Dispersion • Polymer-Zement-Gemisch Mit wiederholten Imprägnierungen wird ein geschlossener Film erzeugt: • Kein Transport von Wasser in den Beton • Reduzierung des Wasserdampfaustrittes • Reduzierung der Karbonatisierung • Erhöhung des Diffusionswiderstandes • Farbgestaltung • Verfestigung des Untergrundes TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 39 - Materialien für OS 7 bis OS 13 • Bindemittel: - Reaktive Harze (chemisch vernetzend): EP, PUR, AY - Physikalisch härtende Bindemittel (trocknend): Polyacryl-, Polyvinylester, bituminöse Materialien, Chlorkautschuk - Siliziumorganische Verbindungen: Silane, Siloxane - Anorganische Bindemittel: Zemente • Pigmente • Hilfsstoffe: Additive, Füllstoffe, Gesteinskörnungen, Löse- und Dispergiermittel, Fungizide - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 40 - Wirkungsweisen der Polymerbindemittel Polymerbindemittel Eigenschaften Acrylate AY - Gute Karbonatisierungshemmung - Rissüberbrückend bei größeren Schichtdicken - Mögliche Empfindlichkeit bei längerer Feuchteeinwirkung Epoxidharze EP - Hohe mechanische Beanspruchbarkeit - Starke Herabsetzung der Wasserdampfdurchlässigkeit - Neigung zum “Vergilbung” bei Bewitterung Polyurethane PUR - Elastisches Verhalten - Rissüberbrückungswirkung [DAfStb Sachstandsbericht, Heft 443] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 41 - Eigenschaften ausgewählter Polymere Epoxydharz EP Acrylat AY Beton (zum Vergleich) Rohdichte (g/mm³) 1,1 – 1,3 1,15 – 1,20 2,2 – 2,4 Druckfestigkeit (MPa) 60 - 110 120 - 140 10 - 60 40 - 90 60 - 80 1-3 60 - 150 90 -4 200 – 3 000 3 000 20 000 – 40 000 Zugfestigkeit (MPa) Biegefestigkeit (MPa) Elastizitätsmodul (MPa) Temperaturausdehnungskoefficient (10-6 * 1/K) 60 - 70 70 - 80 6 - 14 Diffusionswiderstand (CO2) (m) > 100 000 2 000 000 360 Diffusionswiderstand (H2O) (m) 80 000 10 000 – 25 000 15 TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 42 - Zusammensetzung von Beschichtungen TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 43 - - 44 - Aufbringen des Oberflächenschutzes • Handverfahren Pinsel, Rolle, Gummischieber, Spachtel, Zahnleiste • • Handmaschinelles Beschichten Druck- und Airlessspritzen für deutlich höhere Flächenleistung und gleichmäßiger Schichtdickenverteilung Maschinelles Beschichten Einbaufertiger für große begeh- und befahrbare Betonflächen, Arbeitsbreite: zirka 2 m, Fahrgeschwindigkeit: bis 25 m/min, für Materialien mit selbstverlaufenden Eigenschaften [www.public.graco.be, www.megaplast-bauchemie.de, www.derselbermacher.de] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand Anforderungen an Beschichtung u. Untergrund Beschichtung "T ! - H 2O ! - CO2 ßZ E ßZ,Verbund niedrig - ausreichend niedrig hoch hoch niedrig hoch Diese Anforderungen hängen vom jeweiligen Anwendungszweck ab! Untergrund - Hinreichende Zugfestigkeit - Keine losen Teile, Fremdsubstanzen - Angepasste Rauhigkeit - Keine Hohlstellen, keine Risse parallel zur Oberfläche - Trockener bis höchstens feuchter Untergrund - Temperatur von 5 ... 40 ºC - je nach Beschichtungssystem TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 45 - Anforderungen an OS 11 u. OS 13: DIN V 18026 Auszug [DIN V 18026] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 46 - Oberflächenschutzsysteme: Anwendungen OS 1: Vertikale und geneigte frei bewitterte Betonbauteile: z. B. Stützwände, Brückenkappen, Feuchteschutz, Verrringerung kapillarer Wasseraufnahme OS 2: Nicht begeh- und nicht befahrbare Flächen: frei bewitterte Betonbauteile Vorbeugender Witterungsschutz OS 4: Nicht begeh- und nicht befahrbare Flächen: frei bewitterte Betonbauteile Erhöhte Dichtigkeit OS 5: Nicht begeh- und nicht befahrbare Flächen: frei bewitterte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen Geringe Rissüberbrückungsfähigkeit, Witterungsschutz, Tausalzschutz OS 7: Beschichtung unter Dichtungsschichten für begeh- und befahrbare Flächen: z. B. zur Abdichtung von Brücken und ähnlichen Bauwerken Porenverschluss, Rauhigkeitsausgleich OS 8: Beschichtung für befahrbare, mechanisch stark belastete Flächen, z. B. Fahrbahnen, Rampen in Tiefgaragen und Parkhäusern, Industrieböden Chemische Widerstandsfähigkeit, starres Oberflächenschutzsystem ohne Rissüberbrückung, Erhöhung Verschleißfestigkeit und Griffigkeit TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 47 - Oberflächenschutzsysteme: Anwendungen OS 9: Beschichtung mit erhöhter Rissüberbrückungsfähigkeit für nicht begehund befahrbare Flächen, z. B. Brückenpfeiler und frei bewitterte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen und/oder Trennrissen auch im Spritzbereich von Auftausalzen OS 10: Beschichtung als Dichtungsschicht mit hoher Rissüberbrückung unter (bituminösen) Schutz- und Deckschichten für begeh- und befahrbare Flächen, z. B. Straßenbrücken, Tunnelsohlen OS 11: Beschichtung mit erhöhter dynamischer Rissüberbrückungsfähigkeit für begeh- und befahrbare Flächen, z. B. Brückenkappen, ParkhausFreidecks, frei bewitterte Betonbauteile mit oberflächennahen Rissen und/oder Trennrissen OS 13: Beschichtung mit nicht dynamischer Rissüberbrückungsfähigkeit für begeh- und befahrbare Flächen, mechanisch belastete Flächen, z. B. geschlossene Parkgaragen und Tiefgaragen TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 48 - OS 1: Beispiel der Ausführung Hydrophobierung mit Silanen oder Siloxanen Betonbauteil Hydrophobierung Untergrund: Vorbereitung und Auftrag Vertikale und geneigte frei bewitterte Betonbauteile - Sauber - Trocken - Temperatur über 8 ºC - In 2 Lagen auftragen [Sto-AG, www.malermeister-staude.de] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 49 - OS 1: Beispiel Brückenpfeiler Tiefenimprägnierung eines Brückenpfeilers Vertikale und geneigte frei bewitterte Betonbauteile [Sto-AG] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 50 - OS 2: Beispiel des Schichtenaufbaus Hydrophobierung und anschließende Imprägnierung mit Acrylat AY Nicht begeh- und befahrbare Flächen Betonbauteil Hydrophobierung als Grundierung Oberflächenschutz Untergrund und Anwendung: - Reinigung mit Hochdruckgeräten - Hinreichende Zugfestigkeit der Oberfläche - Anwendung in 3 Lagen [Sto-AG] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 51 - OS 2: Beispiel Turmbauwerke Turmbauwerke brauchen einen speziellen Schutz. Nicht begeh- und befahrbare Flächen [Sika-AG] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 52 - OS 4: Regelaufbau Einsatz: Senkrechte, freibewitterte, ungerissene Betonflächen: Fassaden und Ingenieurbauwerke Nicht begeh- und befahrbare Flächen Beschichtung mit ggf. Grundierung, Schichtdicke: # 80 !m Hydrophobierung, ggf. Ausgleichsspachtel Beton [Gieler, Dimmig-Osburg] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 53 - OS 5: Regelaufbau Einsatz: Senkrechte und frei bewitterte Betonflächen mit Anforderung der geringen Rissüberbrückungsfähigkeit der Beschichtung mit und ohne Ausgleichsspachtel: Fassaden und Ingenieurbauwerke, z. B. Brücken Nicht begeh- und befahrbare Flächen [Gieler, Dimmig-Osburg] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 54 - OS 7: Beispiel Brücken Straßenbrücken: Versiegelung und Abdichtung Begeh- und befahrbare Flächen Gussasphalt Bitumenabdichtung Grundierung Reprofilierung Korrosionsschutz Haftbrücke Betonbauteil [Sto-AG, SIKA-GmbH] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 55 - OS 8: Beispiel Parkdeck Parkdeckbeschichtung: Systemaufbau gemäß Instandsetzungsrichtlinie DAfStB für Fahrbahnen, Behälter und Rohrinnenwandungen, Industrieböden Befahrbare, mechanisch stark beanspruchte Flächen • Hohe mechanische Festigkeit • Rutschhemmend • Fugenlose Beschichtung, was den Unterhalt erleichtert sowie die Sicherheit erhöht [Gieler, Dimmig-Osburg,http://post.dtlw.com/images/layout/systemaufbau/os8.gif] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 56 - OS 11: Beispiel Rampe-Freideck Frei bewitterte Rampe/Freideck ausgeführt als OS 11: Expositionsklassen für Stahlbeton, mit Beschichtung, ohne Wartung: XD1, XC3, XF4 Begeh- und befahrbare Flächen Untergrund und Anwendung: - Untergrundbehandlung: Kugelstrahlen - Grundieren: 2-K-EP - Absanden des frischen EP: Quarzsand - Schwimmschicht: reines Bindemittel HWO - Absanden der frischen Schicht: Quarzsand - Kopfversiegelung: 2-K-EP, wässrig Prinzipbild OS 11 für frei bewittertes Parkdeck, 2-schichtiger Aufbau [Flohrer] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 57 - OS 11: Beispiel Tiefgarage Langlebige Tiefgaragensanierung ausgeführt als OS 11: Einschichtsystem auf der Basis von EP/PUR-Harzen mit erhöhter Rissüberdeckungsfähigkeit für begeh- und befahrbare Flächen nach OS 11 (Richtlinie des DAfStB) mit farbiger Oberflächengestaltung [http://www.triflex-beschichtungssysteme.de/tiefgarage-sanieren.htm] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 58 - OS 11: Beispiel Parkhaus Schadensbild OS 11: Wässrige EP-Systeme sind nicht für eine hohe mechanische Beanspruchung geeignet. Die Rutschsicherheit ist gefährdet. Ursachen: • Geringe Haftung des Systems auf dem Untergrund • Zu geringe Eigenfestigkeit des Materials [Flohrer] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 59 - OS 11: Beispiel Verschleißschicht Schadensbild OS 11: Schadhafte Verschleißschicht eines modifizierten OS 11a-Systems (reduzierte Dicke der Verschleißschicht). Zu geringe Dicke der Verschleißschicht hält den hohen Beanspruchungen der Hauptfahrbereiche nicht dauerhaft stand. Zunächst entstehen Risse, die dann zu Ablösungen führen. [Flohrer] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 60 - OS 13: Beispiel Schlachthaus Fußboden in einem Schlachthaus: Chemische widerstandsfähige Beschichtung für befahrbare, mechanisch stark beanspruchte Flächen [BetonMarketing Ost] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 61 - OS 13: Beispiel Tiefgarage Gesamtlösungen für den Schutz u. die Instandsetzung von Beton: • Reprofilierung partieller Schadstellen bis zur großflächigen Sanierung von Bauwerken • Von wasserabweisenden Imprägnierungen über rissüberbrückende Beschichtungen vielfältige Lösungen für den Oberflächenschutz OS 13-System Befahrbare, mechanisch stark beanspruchte Flächen: geschlossene Parkgaragen,Tiefgaragen Rissüberbrückende, befahrbare Oberflächenschutzsysteme sind überall dort erforderlich, wo in Beton Risse durch Temperatur- und Lastwechselbeanspruchung auftreten können. Eigenschaften: Elastische Beschichtung nach OS 13, mit geringer, nicht dynamischer Rissüberbrückung, gem. Richtlinie des DAfStb 10/2001. Abfolge: Grundierung (Silan, wässrig), Abstreuung (Quarzsand), Schwimm- u. Verschleißschicht, Abstreuung, Deckversiegelung (Epoxidharz) [Sto-AG] - TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand 62 - Oberflächenschutz: Industriefußboden Oberflächenschutz Deckschicht Grundierung Bauteil [BetonMarketing Ost; Firma Sto] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 63 - Beschichtung: Beispiel Industriebeschichtung Aufbringen einer verschleißfesten Oberfläche in einem Logistikzentrum: Verlaufbeschichtung mit 3 mm Dicke Die Herstellkosten, gemessen an den Gesamtherstellkosten eines Industriebetriebes, sind hoch. Sie betragen ca. 10-20 % davon. [www.industriebeschichtung.de/1055/index.html] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 64 - - 65 - Oberflächenschutz: Ästhetische Wirkung TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand Oberflächenschutz: Ästhetische Wirkung Oberflächenschutz eines Kirchenturmes [BetonMarketing Ost] TU Dresden, Institut für Baustoffe, Viktor Mechtcherine – Bauen im Bestand - 66 -
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