Beurteilung des Zuverlässigkeitsniveaus von Bauteilen mit kleinen Trennrissen
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title Beurteilung des Zuverlässigkeitsniveaus von Bauteilen mit kleinen Trennrissen | Evaluation the Reliability Level of Components with Small Separating Cracks Förderer | Funding Ministerium für Landwirtschaft, Umwelt und Verbraucherschutz Mecklenburg-Vorpommern, Länderfinanzierungsprogramm „Wasser, Boden und Abfall“ Zeitraum | Period 03.2011 – 02.2012 Leiter | Project Manager Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Bearbeiter | Contributor Martin Just M.Sc. |
Bericht aus dem Jahrbuch 2012
Kann gerissener Stahlbeton dicht sein?
Probekörper bei der Erzeugung des Trennrisses
Bei Anlagen, die dem Lagern, Abfüllen und Umfüllen wassergefährdender Stoffe dienen (kurz LAU-Anlagen), ist es sehr wichtig, dass diese Stoffe nicht in die Umwelt gelangen. Die Sicherstellung der Dichtheit derartiger Anlagen ist demnach sehr bedeutsam. Neben den primären Dichtkonstruktionen aus Stahl wird Stahlbeton in der Regel als sekundäre Dichtbarriere verwendet.
Stahlbeton ohne Risse zu bauen ist aufwendig und teuer, sodass man in der Planung aus wirtschaftlicher Sicht gern kleine Risse zulassen würde. Doch kann ein gerissenes Stahlbetonbauteil noch wirklich dicht sein?
Um das zu überprüfen, wurden Versuche durchgeführt, bei denen Probekörper, welche einen sehr kleinen Trennriss (Rissbreite ca. 0,05 mm) hatten, mit wassergefährdenden Stoffen beaufschlagt wurden. Dabei wurde beobachtet, ob innerhalb einer Dauer von 72 h die Flüssigkeit den Probekörper durchdringt, und wenn ja zu welchem Zeitpunkt. War der Probekörper innerhalb der 72 h nicht durchdrungen, so wurde die Eindringtiefe festgestellt, in dem der Probekörper im Riss getrennt und der Eindringhorizont dokumentiert wurde.
Die untersuchten Flüssigkeiten haben mit Ausnahme von Wasser, Biodiesel und Chinolin den 20 cm dicken Probekörper zumeist deutlich vor der angestrebten Dauer von 72 h durchdrungen. Bei den drei genannten Flüssigkeiten wurde die geforderte Dauer gerade so eingehalten.
Zusätzlich wurden Untersuchungen zur Vorhersagegenauigkeit von Rissbreiten durchgeführt. Besonders kleine Risse können nicht genau vorhergesagt werden. Daher wurden die Abweichungen zwischen vorhergesagten und tatsächlich an realen Probekörpern gemessenen Rissbreiten anhand einer Datenbank untersucht und statistisch für verschiedene Rissbreitenmodelle erfasst.
In Kombination aus den beiden Untersuchungen sollte die Zuverlässigkeit von Dichtkonstruktionen aus Stahlbeton bei Vorhandensein von Trennrissen ermittelt werden. Aufgrund der Versuchsergebnisse war diese Auswertung nur für Biodiesel möglich und hat im Endeffekt dazu geführt, dass die Bauweise mit Trennrissen für LAU-Anlagen für dünnflüssige (niedrigviskose) wassergefährdende Stoffe ausgeschlossen werden muss. Dies ist als Empfehlung an den entsprechenden Sachverständigenausschuss des DIBt gegangen und findet Anwendung in der Richtlinie „Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen“ sowie den Technischen Regeln für wassergefährdende Stoffe (TRwSn) des DIBt.
Bericht aus dem Jahrbuch 2011
Wie dicht sind Stahlbetonbauteile mit kleinen Trennrissen?
Versuchsstand während der Beaufschlagung mit verschiedenen wassergefährdenden Stoffen
Bei der Konzeption von Anlagen, die dem Lagern, Ab- und Umfüllen von wassergefährdenden Stoffen dienen – sogenannte LAU-Anlagen –, ist es von oberster Priorität, dass das Austreten dieser Stoffe in die Umwelt und somit in Gewässer oder ins Grundwasser unter allen Umständen vermieden wird. Deshalb muss sichergestellt werden, dass der gefährliche Stoff in einer vorgeschriebenen Zeit die umgebende Baukonstruktion nicht durchdringt bzw. maximal eine definierte kritische Eindringtiefe erreicht. Dieses Kriterium muss auch bei rechnerisch vorhandenen Trennrissen erfüllt sein.
In diesem Projekt sollte überprüft werden, inwieweit ein definiertes Zuverlässigkeits- bzw. Sicherheitsniveau bei der Bemessung solcher Bauteile mit den gegebenen Ansätzen sichergestellt werden kann. Zweifel ergeben sich dabei vor allem aus der Vorhersagegenauigkeit von Rissbreiten. Mit den aktuellen Rissbreitenmodellen kann insbesondere im Bereich sehr kleiner Rissbreiten mit w ≤ 0,1 mm, welche für LAU-Anlagen maximal zulässig sind, keine ausreichende Genauigkeit erreicht werden.
Um das tatsächliche Zuverlässigkeitsniveau von entsprechenden Schutzbauteilen feststellen zu können, müssen daher die Streuungen sowohl bei den tatsächlich auftretenden Rissbreiten, als auch bei den Eindringtiefen der wassergefährdenden Stoffe in Stahlbetonbauteile berücksichtigt werden. Auf der Seite der Rissbreiten steht eine große Menge an Daten zur Verfügung, mit der sich die Abhängigkeit von tatsächlich auftretenden Rissbreiten im Verhältnis zu den vorher berechneten herstellen lässt. Auf der Seite der Eindringtiefen war für eine statistische Auswertung keine ausreichende Datenbasis vorhanden. In eigenen Versuchen werden daher für zehn Flüssigkeiten Versuche durchgeführt, bei denen über einen festen Zeitraum die jeweils zu prüfende Flüssigkeit auf einen Trennriss mit definierter Rissbreite einwirkt.
Die in den Versuchen gewonnenen Daten werden nun genutzt, um das Bemessungsmodell für die Bauweise von Bauteilen mit rechnerischen Trennrissen in LAU-Anlagen hinsichtlich dessen Zuverlässigkeit statistisch belastbar zu verifizieren.