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Oberflächenschutzsysteme OS sind oft polymerhaltige Beschichtungen die überwiegend auf Oberflächen von Stahlbetonkonstru
Oberflächenschutzsystem
Oberflächenschutzsysteme (OS) sind oft polymerhaltige Beschichtungen, die überwiegend auf Oberflächen von Stahlbetonkonstruktionen aufgetragen werden und den Stahlbeton vor äußeren Schädigungsmechanismen während seiner Nutzungsdauer schützen sollen.
Die Auswahl des Oberflächenschutzes orientiert sich zum einen an den Expositionsklassen der DIN 1045-2, bzw. ÖNORM B 4710-1 und zum anderen an den speziellen Alterungsmechanismen polymerer Werkstoffe. Von besonderer Bedeutung ist die Verhinderung der Diffusion von Kohlenstoffdioxid CO2 in den Beton hinein sowie das Eindringen chemischer Stoffe. Weiterhin kann eine Beschichtung vor mechanischem Angriff beispielsweise durch Fahrzeugverkehr schützen.
Regelwerke und Definitionen
Folgende Richtlinien bzw. Normen sind in Deutschland und anderen europäischen Ländern in Gebrauch:
- DAfStb-Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungsrichtlinie, kurz Rili-SIB), Oktober 2001
- EN 1062: Beschichtungsstoffe – Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich (mehrere Teile)
- EN 1504-9: Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken (mehrere Teile)
- DIN 50035: Begriffe auf dem Gebiet der Alterung von Materialien – Polymere Werkstoffe
- BASt Zusätzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauwerke ZTV-ING
Definitionen für die drei grundlegenden Verfahren zur Anwendung von Oberflächenschutzsystemen:
- Hydrophobierung
- Eine hydrophobierende Imprägnierung stellt eine wasserabweisende Beschichtung dar, welche leicht in die Oberfläche einzieht. Sie schützt nur vor dem Eindringen von Flüssigkeiten und erhöht den Diffusionswiderstand gegenüber CO2 meist nur wenig. Sie ist besonders für Baustoffe mit einer großen Porosität geeignet, da hier ein tiefes Eindringen der Imprägnierung möglich ist. Früher wurde u. a. Testalin angewendet.
- Versiegelung
- Eine versiegelnde Imprägnierung liefert Schutz gegen Flüssigkeiten oder Gase und stellt eine dünne filmbildenden Schicht dar. Die Imprägnierung ist nur gering mechanisch belastbar, kann aber als Grundierung für nachfolgende Beschichtungen dienen.
- Beschichtung
- Beschichtungen sind stets filmbildend und bieten Schutz gegen mechanische und chemische Angriffe, Witterung und liefern je nach Elastizität einen Beitrag zur Rissüberbrückung.
Schädigungsmechanismen
Schädigungen in Anlehnung an die Expositionsklassen der DIN 1045-2:2008-08:
- Chemischer Angriff (XA)
- Die Widerstandsfähigkeit gegen chemischen Angriff wird durch polymere Bindemittel erhöht. Da Polymere mehr oder weniger beständig gegenüber speziellen chemischen Stoffen sind, muss die Auswahl des Bindemittels nach den zu erwartenden Angriffen getroffen werden. Als schädigende Gruppen kommen in erster Linie Säuren, Laugen, Lösungsmittel und Treibstoffe in Frage.
- Mechanischer Verschleiß (XM)
- Um einen hohen mechanischen Widerstand des Oberflächenschutzsystems zu erreichen, müssen eine ausreichende Schichtdicke und eine gewisse Elastizität (niedriger E-Modul) erreicht werden, sowie eine entsprechende Untergrundvorbereitung vorgenommen werden. Als polymere Bindemittel kommen meist EP und PUR unter Zugabe von Quarzsand zum Einsatz.
- Carbonatisierung (XC)
- Eine Carbonatisierung des Betons durch die Aufnahme von Kohlendioxid schädigt diesen nicht unmittelbar. Durch die resultierende Reduzierung des pH-Werts kann es jedoch zur Korrosion der Bewehrung kommen. Oberflächenschutzsysteme sollten die Diffusion von CO2 hemmen, indem die Permeabilität reduziert wird. Der Diffusionswiderstand gegenüber CO2 wird durch die äquivalente Luftschichtdicke Sd ausgedrückt.
- Chloridangriff (XS und XD)
- Beschichtungen, die den Diffusionswiderstand des Betons erhöhen, reduzieren auch die Aufnahme von Chloriden.
Schäden an der Beschichtung:
- Versprödung des Bindemittels
- UV-Strahlung, die Reaktion mit Sauerstoff sowie hohe Temperaturen können zu einer Spaltung der C-N-Bindungen führen, wodurch die Beschichtung an Elastizität verliert.
- Abkreiden der Beschichtung
- Die Versprödung des Bindemittels führt zu einem Substanzverlust durch Oberflächenabtrag und Abkreidung, deren Größenordnung vor allem von der Art des Polymers abhängt.
Dauerhaftigkeit der Oberflächenschutzsysteme
Die Dauerhaftigkeit von Oberflächenschutzsystemen wird vorwiegend beeinflusst von:
- der Untergrundhaftung
- der Polymeralterung
- dem mechanischen Abrieb
Sofern die Adhäsionskraft die Beschichtung ausreichend auf dem Untergrund verankert, hängt die Lebensdauer der Beschichtung von Alterung und Abrieb des Polymers ab.
Die Dauerhaftigkeit von Oberflächenschutzsystemen lässt sich noch nicht mit ausreichender Sicherheit vorhersagen. Die Modellierung der Schädigungsmechanismen erweist sich als schwierig. Einfache probabilistische Ansätze über eine lineare Degradation im Sinne eines Widerstandsmodells lassen sich zwar relativ einfach entwickeln, spiegeln jedoch nicht die tatsächliche Verringerung der Zuverlässigkeit wider.
Die Untergrundhaftung wird überwiegend von Rautiefe und Haftzugfestigkeit der Betonoberfläche bestimmt. Gängige Prüfverfahren hierfür sind das Sandflächenverfahren und die Haftzugprüfung. Erforderliche Mindest- und Mittelwerte für die einzelnen Klassen werden in Teil 2 der Rili-SIB genannt.
Die Polymeralterung lässt sich durch eine entsprechende Schichtdicke ausgleichen. Mindest- und Maximalwerte sowie Schichtdickenzuschläge für die entsprechenden Beschichtungsklassen werden ebenfalls in der Rili-SIB angegeben.
Literatur
- Rolf P. Gieler, Andrea Dimmig-Osburg: Kunststoffe für den Bautenschutz und die Betoninstandsetzung. Birkhauser Verlag, Berlin, 2006, ISBN 3-7643-6345-2.
- Robert Engelfried: Über den Einfluss der Schichtdicke und der Alterung auf die Wirksamkeit von Oberflächenschutzsystemen für Betonbauteile. Dissertation, Universität Dortmund, 2000, ISBN 3-8265-8817-7.
- Michael Fiebrich: Kunststoffbeschichtungen auf ständig durchfeuchtetem Beton. Beuth Verlag, Berlin 1990, ISBN 3-410-65610-3. (DAfStb Heft 410)
- Michael Raupach: Erhaltung von Betonbauwerken. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden, 2008, ISBN 978-3-8351-0120-3.
- Lars Wolff: Mechanismen der Blasenbildung bei Reaktionsharzbeschichtungen auf Beton. Beuth Verlag, Berlin 2009, ISBN 978-3-410-65049-2. (DAfStb Heft 576)
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Oberflachenschutzsysteme OS sind oft polymerhaltige Beschichtungen die uberwiegend auf Oberflachen von Stahlbetonkonstruktionen aufgetragen werden und den Stahlbeton vor ausseren Schadigungsmechanismen wahrend seiner Nutzungsdauer schutzen sollen Die Auswahl des Oberflachenschutzes orientiert sich zum einen an den Expositionsklassen der DIN 1045 2 bzw ONORM B 4710 1 und zum anderen an den speziellen Alterungsmechanismen polymerer Werkstoffe Von besonderer Bedeutung ist die Verhinderung der Diffusion von Kohlenstoffdioxid CO2 in den Beton hinein sowie das Eindringen chemischer Stoffe Weiterhin kann eine Beschichtung vor mechanischem Angriff beispielsweise durch Fahrzeugverkehr schutzen Regelwerke und DefinitionenFolgende Richtlinien bzw Normen sind in Deutschland und anderen europaischen Landern in Gebrauch DAfStb Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen Instandsetzungsrichtlinie kurz Rili SIB Oktober 2001 EN 1062 Beschichtungsstoffe Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme fur mineralische Substrate und Beton im Aussenbereich mehrere Teile EN 1504 9 Produkte und Systeme fur den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken mehrere Teile DIN 50035 Begriffe auf dem Gebiet der Alterung von Materialien Polymere Werkstoffe BASt Zusatzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinien fur Ingenieurbauwerke ZTV ING Definitionen fur die drei grundlegenden Verfahren zur Anwendung von Oberflachenschutzsystemen Hydrophobierung Eine hydrophobierende Impragnierung stellt eine wasserabweisende Beschichtung dar welche leicht in die Oberflache einzieht Sie schutzt nur vor dem Eindringen von Flussigkeiten und erhoht den Diffusionswiderstand gegenuber CO2 meist nur wenig Sie ist besonders fur Baustoffe mit einer grossen Porositat geeignet da hier ein tiefes Eindringen der Impragnierung moglich ist Fruher wurde u a Testalin angewendet Versiegelung Eine versiegelnde Impragnierung liefert Schutz gegen Flussigkeiten oder Gase und stellt eine dunne filmbildenden Schicht dar Die Impragnierung ist nur gering mechanisch belastbar kann aber als Grundierung fur nachfolgende Beschichtungen dienen Beschichtung Beschichtungen sind stets filmbildend und bieten Schutz gegen mechanische und chemische Angriffe Witterung und liefern je nach Elastizitat einen Beitrag zur Rissuberbruckung SchadigungsmechanismenSchadigungen in Anlehnung an die Expositionsklassen der DIN 1045 2 2008 08 Chemischer Angriff XA Die Widerstandsfahigkeit gegen chemischen Angriff wird durch polymere Bindemittel erhoht Da Polymere mehr oder weniger bestandig gegenuber speziellen chemischen Stoffen sind muss die Auswahl des Bindemittels nach den zu erwartenden Angriffen getroffen werden Als schadigende Gruppen kommen in erster Linie Sauren Laugen Losungsmittel und Treibstoffe in Frage Mechanischer Verschleiss XM Um einen hohen mechanischen Widerstand des Oberflachenschutzsystems zu erreichen mussen eine ausreichende Schichtdicke und eine gewisse Elastizitat niedriger E Modul erreicht werden sowie eine entsprechende Untergrundvorbereitung vorgenommen werden Als polymere Bindemittel kommen meist EP und PUR unter Zugabe von Quarzsand zum Einsatz Carbonatisierung XC Eine Carbonatisierung des Betons durch die Aufnahme von Kohlendioxid schadigt diesen nicht unmittelbar Durch die resultierende Reduzierung des pH Werts kann es jedoch zur Korrosion der Bewehrung kommen Oberflachenschutzsysteme sollten die Diffusion von CO2 hemmen indem die Permeabilitat reduziert wird Der Diffusionswiderstand gegenuber CO2 wird durch die aquivalente Luftschichtdicke Sd ausgedruckt Chloridangriff XS und XD Beschichtungen die den Diffusionswiderstand des Betons erhohen reduzieren auch die Aufnahme von Chloriden Schaden an der Beschichtung Versprodung des Bindemittels UV Strahlung die Reaktion mit Sauerstoff sowie hohe Temperaturen konnen zu einer Spaltung der C N Bindungen fuhren wodurch die Beschichtung an Elastizitat verliert Abkreiden der Beschichtung Die Versprodung des Bindemittels fuhrt zu einem Substanzverlust durch Oberflachenabtrag und Abkreidung deren Grossenordnung vor allem von der Art des Polymers abhangt Dauerhaftigkeit der OberflachenschutzsystemeDie Dauerhaftigkeit von Oberflachenschutzsystemen wird vorwiegend beeinflusst von der Untergrundhaftung der Polymeralterung dem mechanischen Abrieb Sofern die Adhasionskraft die Beschichtung ausreichend auf dem Untergrund verankert hangt die Lebensdauer der Beschichtung von Alterung und Abrieb des Polymers ab Die Dauerhaftigkeit von Oberflachenschutzsystemen lasst sich noch nicht mit ausreichender Sicherheit vorhersagen Die Modellierung der Schadigungsmechanismen erweist sich als schwierig Einfache probabilistische Ansatze uber eine lineare Degradation im Sinne eines Widerstandsmodells lassen sich zwar relativ einfach entwickeln spiegeln jedoch nicht die tatsachliche Verringerung der Zuverlassigkeit wider Die Untergrundhaftung wird uberwiegend von Rautiefe und Haftzugfestigkeit der Betonoberflache bestimmt Gangige Prufverfahren hierfur sind das Sandflachenverfahren und die Haftzugprufung Erforderliche Mindest und Mittelwerte fur die einzelnen Klassen werden in Teil 2 der Rili SIB genannt Die Polymeralterung lasst sich durch eine entsprechende Schichtdicke ausgleichen Mindest und Maximalwerte sowie Schichtdickenzuschlage fur die entsprechenden Beschichtungsklassen werden ebenfalls in der Rili SIB angegeben LiteraturRolf P Gieler Andrea Dimmig Osburg Kunststoffe fur den Bautenschutz und die Betoninstandsetzung Birkhauser Verlag Berlin 2006 ISBN 3 7643 6345 2 Robert Engelfried Uber den Einfluss der Schichtdicke und der Alterung auf die Wirksamkeit von Oberflachenschutzsystemen fur Betonbauteile Dissertation Universitat Dortmund 2000 ISBN 3 8265 8817 7 Michael Fiebrich Kunststoffbeschichtungen auf standig durchfeuchtetem Beton Beuth Verlag Berlin 1990 ISBN 3 410 65610 3 DAfStb Heft 410 Michael Raupach Erhaltung von Betonbauwerken Vieweg Teubner Verlag Wiesbaden 2008 ISBN 978 3 8351 0120 3 Lars Wolff Mechanismen der Blasenbildung bei Reaktionsharzbeschichtungen auf Beton Beuth Verlag Berlin 2009 ISBN 978 3 410 65049 2 DAfStb Heft 576