TRC für Instandhaltung, Instandsetzung und Sanierung von Abwasserbauwerken
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Bericht aus dem Jahrbuch 2015
Textilbeton zur Instandsetzung von Abwasserbauwerken
Textilbetonarbeiten am Scheitel im Kanal
Aus Umfragen der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA) ist bekannt, dass ein Großteil unserer Kanalisation ein Alter erreicht hat, in dem die Anfälligkeit für Schäden steigt. Hier besteht Handlungsbedarf, damit die flächendeckende Entsorgung der Abwässer gewährleistet bleibt. Neben bereits etablierten, zurzeit jedoch häufig teuren Sanierungsvarianten ist Textilbeton (TRC) eine gute Erweiterung dieses Segmentes. In der Regel müssen nur die lokal betroffenen Schadstellen in Stand gesetzt werden, was mit TRC gut möglich ist. Aufgrund seiner Materialeigenschaften wie dünne Schichtaufbauten und ein feines Rissbild scheint TRC prädestiniert für die Anwendung im Abwasserbereich, konkrete Untersuchungen lagen jedoch nicht vor.
Deshalb wurden in einem FuE-Projekt Betone für Arbeiten in Kanalbauten und ein Carbontextil ausgewählt, an denen anschließend umfangreiche Untersuchungen zum Materialverhalten des Verbundwerkstoffes unter einem chemischen Angriff stattfanden. Es zeigte sich, dass die Umgebungsbedingungen erheblichen Einfluss auf die Tragfähigkeit und das Tragverhalten haben. In den durchgeführten Untersuchungen nahm die maximal aufnehmbare Spannung des Werkstoffes bei einer Lagerung in einer Natriumsulfat-Lösung, verglichen mit einer Lagerung bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchtigkeit um bis zu 22 % ab. Die Abnahme ist jedoch abhängig von der Lagerungsdauer in der Schadlösung und dem verwendeten Betonmaterial. Das Verbundverhalten zwischen textiler Bewehrung und Betonmatrix verändert sich ebenso und muss bei der Anwendung am Bauwerk Berücksichtigung finden. Das prinzipielle Materialverhalten bleibt jedoch unverändert.
Mit Hilfe dieser Erkenntnisse konnte in einem Kanalbauwerk in Dresden der Scheitelbereich in Stand gesetzt werden. Großflächige Betonschäden verbunden mit Stahlkorrosion in geringerem Umfang gaben Anlass zum Handeln. Nachdem der Untergrund fachgerecht wiederhergestellt wurde, konnte die Textilbetonschicht aufgebracht werden. Die Arbeiten wurden im Anschluss gemeinsam mit dem Projektpartner aus baupraktischer Sicht bewertet. Gemeinsam wurde ein Leitfaden für das Unternehmen entwickelt, welcher die qualitativen Standards bei Arbeiten mit Textilbeton in Kanalbauwerken sichern soll. Weiterhin wurden Verfahren zur Bauwerksüberwachung der Teststrecke festgelegt, welche auch nach Projektende fortgeführt werden soll.
Bericht aus dem Jahrbuch 2014
Textilbeton zur Kanalsanierung
Erprobung einer Sanierungsmöglichkeit mit Textilbeton an einem Klärbecken
Eine Umfrage der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA) 2009 zeigte, dass 32 % unserer gesamten Kanalisation älter als 50 Jahre sind. Mit steigendem Bauwerksalter steigt auch die Anfälligkeit für Schäden. Diese müssen beseitigt werden, damit die Funktion von Abwasserbauwerken gewährleistet bleibt. Mit den bisherigen Sanierungsmethoden können leider nicht alle Schadensfälle sachgerecht und effizient behoben werden. Der Einsatz von Textilbeton (TRC) kann eine sinnvolle Ergänzung der bestehenden Sanierungsverfahren sein. Die Vorteile des Textilbetons, zum Beispiel die gute Anpassbarkeit an geschwungene Formen, das feine Rissbild auch bei hohen Belastungen und die hohe Betongüte sollen gewinnbringend bei der Kanalsanierung eingesetzt werden. Jedoch existierten bis jetzt keinerlei Erfahrungen mit dem Umgang und dem Verhalten von TRC in Abwasserbauwerken.
Um dieses Verhalten in einem Kanalbauwerk erforschen zu können, konnte in einer Haltung der Stadtentwässerung Dresden der Scheitelbereich mit Textilbeton in Stand gesetzt werden. Die Arbeiten waren nötig geworden, da im Scheitelbereich des betreffenden Kanals der Beton angegriffen und die Bewehrung teilweise stark korrodiert war. Vor Beginn der Sanierungsarbeiten wurden der Untergrund gesäubert, die Korrosionsprodukte entfernt, der Bestandsbeton realkalisiert und reprofiliert und ggf. zusätzlich durch Hochdruckwasserstrahlen aufgeraut. Danach konnte die TRC-Schicht aufgebracht werden. Die Herausforderung dabei bestand vor allem darin, das Material in einem verarbeitungsfähigen Zustand vom Schachteingang zur Verarbeitungsstelle zu befördern und es dann dort trotz sehr beengter Platzverhältnisse sorgsam zu verarbeiten. Die Arbeiten konnten nach ca. 14 Tagen Bauzeit erfolgreich abgeschlossen werden. In einem weiteren Pilotprojekt wird TRC aktuell zur Sanierung einer Beckenkrone einer Kläranlage erprobt. Die angelegten Testflächen sollen im Frühjahr begutachtet werden und Aufschluss darüber geben, ob Textilbeton auch in diesem Fall geeignet ist.
Projektbegleitend wurden TRC-Proben unter ähnlichen Bedingungen untersucht, wie sie in einem Kanal vorherrschen. Bei Zugversuchen an textilbewehrten Dehnkörpern wurden um bis zu 22 % geringere Festigkeiten im Vergleich zu Standardbedingungen ermittelt, wenn die Proben zuvor einem aggressiven Sulfatangriff ausgesetzt waren. Für die beabsichtigte Anwendung ist eine Festigkeitsverringerung in dieser Größenordnung unbedenklich.
Bericht aus dem Jahrbuch 2013
Textilbeton im Abwasserbereich
Wurzeleinwuchs in einem Kanal im Bereich eines Zulaufs.
Deutschland verfügt über ein ausgedehntes Kanalnetz mit einer Gesamtlänge von mehr als 541.000 km. Davon sind ca. 55.000 km begehbare Kanäle, welche meist aus Beton bestehen. Zusätzlich sind ca. 13,5 Millionen Schachtbauwerke vorhanden. Allerdings sind viele der baulichen Anlagen schon recht alt und sehr häufig sanierungsbedürftig. Der Investitionsstau bei öffentlichen Abwasserbauwerken wird in Deutschland auf ca. 55 Milliarden Euro geschätzt.
Vor allem die Kanäle, aber auch die Schachtbauwerke, sind ständig starken Belastungen ausgesetzt. Neben dem Erddruck und den Verkehrslasten sind die Bauwerke vor allem durch die chemischen und mechanischen Beanspruchungen belastet, die der Transport des Abwassers mit sich bringt. Durch die im Vergleich zu vielen anderen Bauwerken überdurchschnittlich hohen Belastungen kommt es häufig zu Schäden, wobei Risse, Wurzeleinwuchs und korrosionsbedingte Oberflächenschäden zu den häufigsten Schadensfällen gehören. Diese Schäden führen u. a. dazu, dass Abwässer aus dem Entsorgungssystem in das Erdreich und in das Grundwasser infiltrieren können und somit zu einer Umweltbelastung beitragen. Ebenso kann durch von außen eindringendes Grund- oder Sickerwasser die Menge des zu reinigenden Wassers erheblich ansteigen, was wiederum mit einer Kostensteigerung verbunden ist.
Die Leistungsfähigkeit derzeit verfügbarer Sanierungssysteme genügt hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften, ihrer Wirtschaftlichkeit, Umweltgerechtigkeit und Langlebigkeit in vielen Fällen nicht mehr den gestiegenen Anforderungen. Deshalb entstand die Idee, die Eignung von Textilbeton, der ursprünglich für die Tragwerksverstärkung und Betonsanierung im Hochbau entwickelt worden ist, zu überprüfen. Die bisherigen Erfahrungen des Instituts für Massivbau mit diesem Verbundwerkstoff lassen vermuten, dass mit ihm Verstärkungen und Sanierungen auch erfolgreich im Kanal-, Wasser- und Tiefbau durchführbar sind. Infolge der speziellen Exposition von Baustoffen in Abwassersystemen im Vergleich zum üblichen Hochbau sind noch zahlreiche Fragen offen. Diese betreffen u. a. das Baumaterial selbst, z. B. im Hinblick auf Verarbeitung, chemische Beständigkeit oder Abrieb, aber auch den Verbund zwischen Verstärkungsschicht und Bestandskonstruktion und die Dauerhaftigkeit der Gesamtkonstruktion nach der Sanierungsmaßnahme. Diese Fragen sollen im derzeit laufenden Projekt wissenschaftlich untersucht und in ein praxisgerechtes Sanierungsverfahren umgesetzt werden.