Massnahmen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit - Fortsetzung des Feldversuches im Naxbergtunnel

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: AGB2005/016_OBF
• Projekttitel Englisch: Methods to increase durability - sequel to the field study in the Naxbergtunnel

Schlüsselwörter (Deutsch)

Betonqualität, Stahlqualität, Dauerhaftigkeit, Wasserhaushalt, Chlorideintrag, Korrosionsinitiierung, Korrosionsgeschwindigkeit, Feldversuch im Spritzwasserbereich

Schlüsselwörter (Englisch)

Concrete quality, steel quality, durability, water content, chloride penetration, initiation of corrosion, corrosion rate, field study, splash water

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die seit 2000 laufenden Messungen im Naxbergtunnel werden etwas ausgedünnt weitergeführt: Das Messintervall der automatischen Datenerfassung wird auf 30 Minuten vergrössert und die Anzahl der Handmessungen im Tunnel wird reduziert. Um die Zielsetzungen besser zu erreichen, werden nach Bedarf weitere, kleinere Datenloggereinheiten installiert. Ergänzt werden die Messungen vor Ort mit Aufsaugversuchen im Labor und mit der Bestimmung von Chloridprofilen am Ende des Versuchs. Nach insgesamt 12 Jahren werden gezielt ausgewählte Platten ausgebaut und Querschnittsverluste an der Bewehrung sowie Chloridgehalte im Bereich der Sensoren bestimmt.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The measurements, which started in 2000, are more or less continued: The time interval of the automatic data assessment will be increased from 10 up to 30 minutes and the number of the measurements in the tunnel is reduced. New little data loggers are installed, when it seems to be necessary to reach the goals. After an exposure time of total 12 years, Chloride profiles will be determined and some of the elements will be removed and destroyed: Determination of the loss of cross section of the different steels and control of the results of the chloride sensors. In addition, the capillary suction behaviour will be investigated in the laboratory.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Die Erstellung dauerhafter Bauwerke setzt Kenntnisse über die ablaufenden Schädigungsmechanismen sowie über die Wirkung und die Wirksamkeit verschiedener Massnahmen voraus.

Eine der Hauptursachen für die Schäden an den Bauten der Verkehrsinfrastruktur bildet die durch Chloride induzierte Korrosion an der Bewehrung. Insbesondere für Verkehrsinfrastrukturbauten unter Spritzwasserbeanspruchung gibt es aber nach wie vor keine guten Modelle für Prognosen, betreffend die Dauerhaftigkeit. Sowohl die Korrosions- als auch die Initiierungsphase können nicht genügend genau beschrieben werden.

Im Rahmen der Instandsetzung des Naxbergtunnels wurde ein in seiner Art wohl einmaliger Versuchsstand eingerichtet, der Platz für 32 Versuchsplatten bietet und ganz neue Perspektiven für die langfristige Untersuchung von verschiedenen Schutzmassnahmen bietet. Bei der Konzeption der Versuchsplatten der seit 2000 laufenden Untersuchung wurden verschiedene Beton- und Stahlqualitäten und variable Überdeckungen miteinander kombiniert, um eine ganzheitliche Beurteilung verschiedener Massnahmen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit zu ermöglichen.

Bisher wurden vor allem bezüglich des Wasserhaushalts von Beton und des Chlorideintrags in Beton bei derartiger Exposition wertvolle Erkenntnisse gewonnen. Bei einer Beanspruchung durch Spritzwasser wird der Wasserhaushalt demnach geprägt durch einzelne Ereignisse. Deren Auswirkung auf den Wassergehalt des Betons wird durch die Witterungsbedingungen, die Betonqualität und den Feuchtigkeitszustand des Betons vor dem Ereignis bestimmt. Der Chlorideintrag erfolgt vorwiegend über Kapillartransport während diesen Ereignissen und nur der weitere Transport im Beton findet überwiegend durch Diffusion statt (Umverteilung der Chloride). Daraus wurde ein einfaches neues Modell für die Bildung von Chloridprofilen entwickelt, das die wesentlichen Mechanismen beim Chlorideintrag berücksichtigt. Schliesslich hat es sich gezeigt, dass sich die gewählte Methodik zur Analyse des Wasserhaushalts vor Ort bewährt.

Weiter konnten erste Erkenntnisse zum Einfluss der Beton- und der Stahlqualität auf die Dauerhaftigkeit gewonnen werden. Da diese Ergebnisse sich erst auf drei Winter beziehen, ist deren Aussagekraft allerdings noch beschränkt. Erkenntnisse zu den Vor- und Nachteilen der einzelnen Massnahmen sind aber nach längerer Versuchsdauer zu erwarten.

Zur Zeit ist ein SIA-Merkblatt Ergänzende Festlegungen zu nicht rostenden Bewehrungsstählen in Bearbeitung (A. Kenel, HSR). Weiter ist ein Forschungsprojekt Korrosionsbeständigkeit von nicht rostenden Stählen in gerissenen Betonbauten vorgesehen (SGK). Aus den Messungen im Naxberg können zusätzliche Grundlagen für diese beiden Vorhaben beschafft werden.

Der Wissensstand reicht zur Zeit nicht aus für die Quantifizierung von Langzeiteffekten. Diese kann mit genügender Zuverlässigkeit nur über aufwendige Langzeitversuche erfolgen und ist eine wichtige Grundlage für verbesserte Prognosen der Dauerhaftigkeit (Inputgrössen für die Modellierung). Die jetzige Anlage des Versuchsstands mit den eingebauten Versuchsplatten ist nach wie vor sehr zweckmässig und sollte weiterhin genutzt werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass es in den nächsten Jahren möglich sein wird, verschiedene Langzeiteffekte zu erfassen. Der Abbruch der Messungen im jetzigen Zeitpunkt wäre deshalb verfrüht.

Methoden (Deutsch)

Feld- und Laborversuche, Modellierung, laufendes Literaturstudium

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

Nach Bedarf Installation von weiteren Datenloggereinheiten im Versuchsstand.

Projektziele (Deutsch)

Langzeituntersuchung der Wirksamkeit verschiedener Massnahmen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit unter realen Expositionsverhältnissen. Die Weiterführung des seit November 2000 laufenden Versuchs wird Erkenntnisse zu folgenden Themenschwerpunkten liefern:

· Ermittlung und bessere Differenzierung des Einflusses der verschiedenen Beton- und Stahlqualitäten und der zunehmenden Überdeckung auf die Initiierung und die Korrosionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Alter.

· Quantifizierung von Langzeiteffekten beim Wasserhaushalt und beim Chlorideintrag.

Korrelation von Aufsaugverhalten im Labor und Chlorideintrag per Kapillartransport vor Ort

Projektziele (Englisch)

Long-term study of the effectiveness of different methods, increasing the durability, under real exposure conditions. The study is going on since 2000. The continuation will provide knowledge in the following fields:

· Effect of different concrete and steel qualities and concrete cover on the initiation of the corrosion and the corrosion rate, under the special aspect of increasing age.

· Quantification of long-term effects on the water content of concrete and on the chloride penetration into concrete

Correlation between performance in the laboratory and in situ

Forschungsplan (Deutsch)

Messungen vor Ort:

Mehr oder weniger unveränderte Nutzung der im Versuchsstand eingebauten Versuchsplatten für die weiteren Messungen bis 2012. Verlängerung der Messintervalle der automatischen Datenerfassung auf 30 Minuten. Rund 4 bis 6-mal jährlich Auslesen der Daten sowie Handmessungen.

Die anfallenden Daten werden laufend erfasst und kontrolliert. Allfällige Anpassungen der automatisch aufgezeichneten bzw. der von Hand gemessenen Grössen sind anlässlich von Nachtmessungen im Tunnel vorzunehmen.

Labormessungen:

Zur Beurteilung der kapillaren Wasser- und Chloridaufnahme sind Aufsaugversuche im Labor erforderlich. Die Versuche werden an Rückstellproben von der Herstellung der Versuchsplatten durchgeführt. Aus den Messungen werden die Wasseraufnahme und die Wasseraufnahmegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit und der Wasseraufnahmekoeffizient zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Mit diesen Ergebnissen können dann Korrelationen mit dem effektiven Verhalten vor Ort bestimmt werden.

Abschluss 2012:

Im Frühling 2012 werden bei allen Platten Bohrkerne entnommen und die Chloridprofile bestimmt. Zur Überprüfung der Sensoren werden auch am Ort der Sensoren Chloridanalysen durchgeführt.

Zur Bestimmung der Querschnittsverluste an den verschiedenen Stählen, wird rund die Hälfte aller Platten ausgebaut und auseinander genommen.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die neuen Resultate und Erkenntnisse werden verbesserte Grundlagen für die Bemessung auf Dauerhaftigkeit bilden und sollen im Rahmen eines VSS-Berichts sowie von weiteren Publikationen publiziert und damit öffentlich zugänglich gemacht werden.

Stand der Arbeiten (Deutsch)

Beide Forschungsstellen (TFB und SGK) sind seit mehreren Jahren in diesem Forschungsbereich tätig und haben verschiedenste Forschungsaufträge bearbeitet und abgeschlossen, es sind dies z.B.:

· Wasserhaushalt und Chlorideintrag in Beton – Einfluss der Exposition und
der Betonzusammensetzung (Diss. ETHZ Nr. 15'758)

· Online-Monitoring zur Erfassung der Korrosion der Bewehrung von Stahlbetonbauten
(Diss. ETHZ Nr. 14'583)

· Vergleichende Untersuchungen zum Chloridwiderstand von Betonen (VSS-Bericht Nr. 568)

· Eignung zweier Inhibitoren (MFP und Sika FerroGard-903) zur Instandsetzung von chloridbelasteten Stahlbetonbauten (VSS-Bericht Nr. 554)

Untersuchungen zur Chloridbestimmung im Beton und Durchführung eines 2-stufigen Ringversuchs (VSS-Bericht Nr. 546)

Berichtsnummer (Deutsch)

683

Literatur (Deutsch)

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