Sanierung vonParkdecks mit Additiv-Decken

Besonders stark geschädigt war das der Witterung ausgesetzte Freideck. Planung, Ausschreibung und Bauüberwachung der Maßnahme erfolgte durch die TÜV Süd Industrie Service GmbH, Abteilung Bautechnik in München.

Die Parkdeck-Konstruktion

Das Parkhaus mit zwei Ebenen und insgesamt rund 6000 m² Fläche wurde in Stahlverbundbauweise erstellt. Die Konstruktion der Parkdecks besteht aus Additiv-Decken mit einer Plattendicke von zirka 8 cm und einer Gesamtbauhöhe von zirka 28 cm im Bereich der Rippen. Der Achsabstand der Rippen beträgt rund 75 cm. Die Decken haben eine Spannweite von etwa 5 m und lagern auf den Oberflanschen der verzinkten Stahlverbundträger, welche als IPEa500-Profil in der Festigkeitsklasse S460 ausgeführt wurden. Die Lasten der Primär-Träger mit einer Spannweite von 15,5 m werden durch 7,50 m spannende Stahlverbund-Abfangträger aufgenommen und durch im Raster von 7,50 m x 15,5 m angeordnete Stahlstützen in die Stahlbetonkonstruktion des Möbelhauses eingetragen. In allen drei Parkdecks wurde in Richtung der randseitigen Entwässerungsrinnen ein Dachgefälle von jeweils etwa 1,5 Prozent ausgebildet.

Tragsystem und Rissbildung

Bedingt durch die große Bauhöhe der Additiv-Decke von 28 cm, bezogen auf die Spannweite von unter 5 m außerhalb der Auflager und Deckenspiegel, liegt  in Längsrichtung ein relativ steifes Tragsystem vor, welches auf Verkehrslastwechsel mit sehr geringen, unkritischen Verformungen reagiert. Mit Rissbildungen der 8 cm dicken Betonplatte an den Innenträgern ist während der Parkdecknutzung allein infolge des PKW-Verkehrs nicht zu rechnen. Die bemessungsrelevanten Durchbiegungen beziehungsweise Auflagerdrehwinkel infolge des häufig wirksamen Verkehrs-
lastanteils sind gering und können, was den Biegezwang am Übergang zwischen Additiv-Decke und Stahlverbundträger-Oberflansch angeht, vernachlässigt werden. Der Nachweis für den Biegezwang der Betonplatte über den Innenträgern konnte für die im vorliegenden Fall eingelegte Bewehrung bei rechnerischen Rissbreiten von w_cal < 0,15 mm auf der Grundlage eigener Betrachtungen geführt werden.

In Querrichtung der Parkhausdecke liegt mit den jeweils 15,5 m weit spannenden Stahlverbundträgern ein recht weiches Tragsys-
tem vor. Statt der bei derartigen Spannweiten häufig üblichen IPE550-Profile der Festigkeitsklasse S355 wurden an den Parkdecks IPEa500-Profile der Festigkeitsklasse S460 mit geringerer Bauhöhe eingesetzt, was sich hinsichtlich der Verformungen und der Auflagerverdrehungen ungünstig auswirkt.

Infolge des häufig wirksamen Verkehrslastanteils ergeben sich im Zuge der Parkdecknutzung am Zwischenauflager der Verbundträger Zwängungen durch unterschiedliche Auflagerverdrehungen, die von der Betonplatte aufgenommen werden müssen. Diese Zwängungen können bei unzureichender Bewehrung zu breiteren Einzelrissen über den Abfangträgern führen. Gemäß eigener Nachrechnungen auf Grundlage eines Federplattenmodells, ist die eingelegte Mindestbewehrung in Form von Listenmatten rechnerisch nicht in der Lage, die unter häufig wirksamen Verkehrslasten und dem daraus resultierenden Biegezwang auftretenden Rissbreiten auf für übliche Beschichtungssysteme zulässige Grenzwerte zu beschränken.

Statik

In der Statik wurde eine rissbreitenbeschränkende Bewehrung für frühen Zwang infolge abfließender Hydratationswärme berücksichtigt. Ein Nachweis für den Biegezwang der Betonplatte über den Innenträgern wurde aber nicht geführt. Ebenso erfolgte keine Differenzierung zwischen der Additiv-Decke der Freidecks und den überdachten Parkebenen in Bezug auf Temperaturbeanspruchungen und eventuell auftretenden späten Zwang. Allerdings wurde die aus Listenmatten bestehende Mindestbewehrung über den Innenträgern durch Zulagen konstruktiv günstig verstärkt. Die ungewollte Durchlaufwirkung beziehungsweise die unterschiedlichen End­­tangentendrehwinkel an den Auflagern der 15,5 m weit gespannten Stahlverbundträger am Innenauflager (Abfangträger am Entwässerungshochpunkt) und die daraus resultierenden Beanspruchungen der Betonplatte wurden weder rechnerisch noch konstruktiv berücksichtigt.

Abgleich mit aktuellen Normen

Die Betondeckung der oberen Bewehrungslage in der Platte des Freidecks von c_nom = 3,0 cm entsprach nicht den Vorgaben der heute gültigen DIN1045-1, 2008. Die für die relevante Expositionsklasse XD3 (Bewehrungskorrosion ausgelöst durch Chloride) erforderliche Mindestbetondeckung beträgt unter Ansatz eines rissüberbrückenden Oberflächenschutzes c_min = 40 mm. Im Zuge der Sanierung zeigte sich, dass insbesondere im Bereich der Entwässerungsrinnen noch geringere Betondeckungen vorlagen. Hier wurde die obere Bewehrungslage offensichtlich nicht an die Kontur der Rinne angepasst.

Größte Schäden am Freideck

Das der Witterung ungeschützt ausgesetzte Freideck unterlag infolge verstärktem Taumitteleinsatz und erhöhter Temperaturbeaufschlagung hohen Beanspruchungen und wies daher im Vergleich mit dem tiefer liegenden Deck erheblich größere Schäden auf. Aufgrund dieser Belastungen war die Deckenkonstruktion des frei bewitterten Parkdecks wegen der schadhaften Beschichtung und des gestörten Betongefüges durch Chloride belastet und lokal bereits mechanisch stark zerstört.

Die Beschichtung des Freidecks war in der Vergangenheit in schadhaften Bereichen nicht instandgesetzt worden und zeigte neben zahlreichen Rissen und Fehlstellen starken mechanischen Abrieb sowie ungenügende Schichtdicken. Der Deckenbeton wies vor allem im Bereich zwischen den Deckenrippen Risse und Gefügeauflockerungen infolge offenbar unzureichender Verdichtung und Nachbehandlung sowie aufgrund möglicher Zwängungen infolge Schwinden und Temperatureinfluss auf.

An der Unterseite der Additivdecke waren in der Folge in Teilbereichen deutliche Anzeichen von Korrosion in Form von Rostflecken sowie Salzausblühungen festgestellt worden. Örtlich war die Blechdicke der Additiv-Decke infolge weit fortgeschrittener Korrosionsprozesse bereits komplett aufgelöst. Des Weiteren wurde auch an den Oberflanschen der Stahlverbundträger lokal Oberflächenkorrosion beobachtet, wenn Beschichtung und Beton oberseitig Risse aufwiesen.

Neben den Schädigungen an der Deckenkonstruktion waren vor allem objektplanerische Defizite bei der Oberflächen-Entwässerung aufgefallen. So waren weder der Querschnitt noch das Gefälle der Entwässerungsrinnen für die anfallenden Niederschlagsmengen ausreichend dimensioniert. Das Dachgefälle von etwa 1,5 Prozent in Querrichtung wird vor allem in Kombination mit einer hohen Oberflächenrauigkeit den heutigen Anforderungen an eine pfützenfreie Parkflächenentwässerung nicht gerecht.

Sanierungskonzept Freideck

Das durch den TÜV Süd entwickelte Sanierungskonzept sah im Wesentlichen die folgenden Leistungen vor:

– Abtragen des bestehenden Oberflächenschutzsystems

– Betonabbruch und -instandsetzung der kompletten Deckenkonstruktion im Bereich der geschädigten, korrodierten Additivdeckenuntersichten inklusive feldweisem Austausch der Additivdeckenbleche; Abtrag im oberen Deckenbereich vorzugsweise mit Höchstdruckwasserstrahl-Roboter

– Abtrag von Beton in Bereichen mit Gefügestörungen und breiteren Einzelrissen

– Reprofilieren beziehungsweise Betonieren der im Vorfeld abgebrochenen Bereiche

– Zulage von Bewehrung am Zwischenauflager der Stahlverbundträger

– Austausch geschädigter Gullys und Abläufe, lokale Anordnung zusätzlicher Abläufe

– Wiederherstellung des Korrosionsschutzes der Oberflächen von Stahlträgern und -stützen in Bereichen mit unzureichender Verzinkung

– Aufbringen eines Oberflächenschutz-
systems mit erhöhter Rissüberbrückung

Die Betoninstandsetzungsarbeiten wur­­den nach der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb. gemäß dem Instandsetzungsprinzip R, beziehungsweise. R-Cl: Wiederherstellung des alkalischen Milieus geplant, ausgeschrieben und ausgeführt.

Abtrag von Beton mit Gefüge-
störungen

Das Sanierungskonzept sah den Abbruch des Deckenbetons sowohl im Bereich der unterseitig geschädigten Additiv-Deckenbleche als auch im Bereich von lediglich oberseitigen Gefügestörungen und Rissen mittels Höchstdruckwasserstrahl-Roboter (HDW-Roboter) vor. Mit diesem Verfahren sollte ein flächiger, gleichmäßiger Abtrag bis unter die Bewehrungslage erzielt und der Aufwand für die händische Nachbearbeitung minimiert werden.

Nach dem Abtrag der alten Beschichtung zeigte sich jedoch, dass der Umfang sowie das Ausmaß der Gefügestörungen und Risse des Deckenbeton am Freideck größer war, als dies auf Grundlage der vorangegangenen Untersuchungen angenommen werden konnte. Beim ersten Einsatz des HDW-Roboters stellten die Fachleute fest, dass es aufgrund des inhomogenen Betons nicht möglich war, eine definierte Tiefe des Deckenbetons abzutragen. Vielmehr führte der Einsatz des Roboters trotz der Variation verschiedener Parameter, wie Wasserdruck und Abstand zwischen Düsen und Betonoberfläche, zu einem unkontrollierten Abtrag vor allem zwischen den Deckenrippen.

Die Arbeiten wurden daher mit der Handlanze fortgeführt. Die flexiblere Handhabung von Wasserdruck und Abstand zwischen Düse und Beton ermöglichte es dabei, auf die inhomogene Substanz des Betons wesentlich besser zu reagieren und somit einen relativ kontrollierten Abtrag zu gewährleisten.

Ablösung zwischen Blech
und Beton im Spiegelbereich

Beim Abtrag des Deckenbetons zeigte sich, dass in den Bereichen der 8 cm dicken Betonplatte zwischen dem Beton und dem unterseitigen Deckenblech im Regelfall ein etwa 1-2 mm breiter Spalt bestand, in den Strahlwasser eindringen konnte. Diese Ablösung zwischen Deckenbeton und Additivblech ist aus tragwerksplanerischer Sicht unkritisch, da das Blech zwischen den Rippen statisch nicht erforderlich ist. Der Effekt der Ablösung wird vermutlich durch Verformungen der Betonplatte infolge Schwinden und Temperatur insbesondere am Freideck hervorgerufen. Dies ist, unabhängig von der Sanierungsmaßnahme, offenbar typisch für die Bauweise der Additiv-Decken, da keine Verzahnung zwischen Blech und Beton vorgesehen ist.

Um den Austritt des über den HDW-Prozess eingetragenen Wassers aus der Tragkonstruktion zu ermöglichen, wurden in die Deckenspiegel, jeweils seitlich der ausgetauschten Decken-Profile, unterseitig Löcher in das Blech gebohrt. Nach der Entwässerung wurde ein Korrosionsschutz an den durch das Bohren entstandenen Schnittflächen aufgebracht. Die Öffnungen wurden verschlossen, um erneuten unterseitigen Feuchtigkeitseintrag zu unterbinden.

Austausch der Deckenbleche

Für den Ausbau der alten, geschädigten Bleche wurden nach dem oberseitigen Betonabtrag zunächst die Verbindungsmittel an den Stößen zu den nicht geschädigten Blechen im Bereich der Stegsicken gelöst. Anschließend wurden die Bleche mitsamt dem oberseitig verbliebenen Betonquerschnitt freigeschnitten und freigestemmt.

Der Einbau der neuen Additivblech-Elemente mit Auflagerung auf den Stahlknaggen der Stahlträger-Obergurte erfolgte von oben und war konstruktiv nur möglich, weil die Bewehrung an den Abbruchflanken der Betonplatte mit Rückbiegezangen hochgebogen wurde und somit keine geometrische Behinderung darstellte. Beim Einbau der neuen Bleche wurde die Überlappung mit den benachbarten Blechen im Stegsickenbereich wieder hergestellt und mit neuen Verbindungsmitteln gesichert.