Tiefenhydrophobierung statt Vollsanierung
Brücken und Brückenpfeiler sind im Winter einem
aggressiven Gemisch aus Wasser und Salzen ausgesetzt. Ungeschützt dringt das Salz tief in den Beton ein und verursacht Schäden an der Bewehrung, aber auch am Baukörper. Eine Hydrophobierung mit wasserabweisenden Spezialsilanen kann diesen Prozess über viele Jahre hinweg verhindern – und das zu einem Bruchteil der sonst üblichen Sanierungskosten.
Im Winter geht es vielen Brücken an ihr Innerstes. Räumfahrzeuge sind im Dauereinsatz, um mit Streusalz Schnee und Eis auf den Straßen zu entfernen. Zigtausende von Autos rasen jeden Tag vorbei und wirbeln eine Gischt empor, die als stetiger Salznebel um die Brückenpfeiler wabert. Die Salzschicht auf dem Bauwerk zieht weiteres Wasser an, und die kontinuierliche Feuchtigkeit lässt das Salz langsam in den Beton eindringen.
Im Lauf der Jahre wandern diese Chloride wegen der werkstoffbedingten Porosität des Betons dann immer tiefer ins Innere der Pfeiler. Treffen sie dabei auf die Bewehrung, hat das schwerwiegende Folgen: Da Korrosionsprodukte ein größeres Volumen haben als Eisen, werden schließlich Teile des Betons weggesprengt. Im Lauf der Zeit verliert der Brückenpfeiler auf diese Weise seine Tragfähigkeit und muss schließlich saniert werden.
Kostspielige Folgen der Korrosion
Die Sanierung solcher Schäden ist äußerst aufwändig. Schutzgerüste müssen errichtet, Beton abgetragen, Bewehrungen freigelegt werden, eventuell kann es sogar notwendig sein, die gesamte Brücke abzustützen. Geht es etwa um einen Mittelpfeiler auf einer Autobahn, so müssen über Monate hinweg Fahrspuren gesperrt werden und es kommt zu Staus und Verkehrsbehinderungen.
Die notwendigen Reparaturarbeiten sind kostspielig und zeitraubend: Nur eine sorgfältige Grundierung des Stahls schützt dauerhaft gegen Rost, und der neue Beton muss optimal zum alten Werkstoff passen, sonst treten nach wenigen Jahren erneut Schäden auf. Außerdem benötigt Beton 15 bis 28 Tage zur vollständigen Aushärtung. Erst nach dieser Wartezeit kann die Baustelle abgebaut und die Strecke wieder freigegeben werden. Eine Sanierung dauert somit Wochen und kostet ein Vielfaches dessen, was für die Herstellung des Pfeilers ursprünglich aufgewendet werden musste.
Verlängerte Sanierungszyklen durch Hydrophobierung
Durch eine hydrophobierende Imprägnierung lassen sich solche Kosten vermeiden. Eine Tiefenhydrophobierung mit wasserabweisenden Silanen schützt den noch unbeschädigten Beton viele Jahre vor Wasser und Salzen und ist wesentlich kostengünstiger als eine spätere Generalsanierung. Wichtig ist allerdings, dass die Silane mehrere Millimeter tief in den Baustoff eindringen. Nur dann ist der Beton zuverlässig geschützt.
Für die Tiefenhydrophobierung von Betonbauten werden häufig Spezialsilane von Wacker verwendet, weil sie alkalistabil sind und daher im Lauf der Zeit nicht vom Beton zersetzt werden können; außerdem sind sie farblos beziehungsweise farblich auf den Beton abgestimmt, damit die optische Wirkung der Pfeiler durch das Siliconharznetzwerk im Innern des Baustoffs nicht beeinträchtigt wird. Der Wirkstoff wird direkt auf die Betonoberfläche appliziert. Nach dem Auftrag werden die Pfeiler bedeckt von einer etwa 0,2 bis 0,5 mm dünnen Silanschicht, die nach und nach ins Innere des Betons eindringt. Typischerweise ist die Hydrophobierung innerhalb von drei bis vier Stunden abgeschlossen.
Wissenschaftliche Studien belegen, dass sich auf diese Weise Sanierungszyklen von Brückenpfeilern deutlich verlängern lassen oder Sanierungen unter Umständen ganz überflüssig werden. Pilotprojekte in Süddeutschland, Schweden und der Schweiz zeigen, dass eine Imprägnierung mit einer Creme oder einem Gel aus Silanen dabei den bestmöglichen Schutz bietet.
Überraschend aggressives Salz
Bei ungeschützten Brücken kann das Salz schon nach wenigen Jahren die Stahlbewehrung in 40-50 mm Tiefe erreichen, wie ein 2005 durchgeführtes Pilotprojekt an 16 bayerischen Autobahnbrücken zeigte. Anhand von Bohrkernen wurde nachgewiesen, dass Salz unter Umständen wesentlich schneller in die Bausubstanz eindringt als gemeinhin angenommen. So wiesen Brücken, die 1990 gebaut wurden, eine höhere Chlorideindringtiefe auf als Brücken aus dem Jahr 1975. Die Annahme, dass die untersuchten Pfeiler eine Lebensdauer von etwa 90 Jahren hätten, entpuppte sich in vielen Fällen als unzutreffend. Oft war der Beton schon nach 20 Jahren instandsetzungsreif. Wie schnell und wie tief das Salz in den Pfeiler eindringt, hängt aber von vielen Faktoren ab: etwa vom verwendeten Beton, von der Verkehrsdichte, aber auch von der gestreuten Salzmenge.
Wasserabweisendes Siliconharznetzwerk
Im Verlauf des Pilotprojekts wurden die untersuchten Brücken mit Spezialsilanen tiefenhydrophobiert. Die abschließende wissenschaftliche Analyse ergab, dass der Wirkstoff tief genug in den Beton eingedrungen war und dabei ein wasserabweisendes Siliconharznetzwerk ausgebildet hatte. Das genügte, um den Baustoff und die Armierung viele Jahre zuverlässig vor Chloriden zu schützen.
Um eine ausreichende Eindringtiefe des Wirkstoffs sicherzustellen, sollte zu Beginn einer Tiefenhydrophobierung grundsätzlich eine Zustandsanalyse der Betonkonstruktion hinsichtlich der Chloridbelastung durchgeführt werden. Parallel dazu empfiehlt es sich, baubedingte Ursachen der Schäden festzustellen und diese zu beseitigen. Bestehende Betonteile, beispielsweise Brückenpfeiler, bei denen die Salzfront noch nicht bis zur Bewehrung vorgedrungen ist, können durch eine Tiefenhydrophobierung jederzeit vor weiteren Schäden bewahrt werden.
Wirtschaftlicher Betonschutz
Bei der Verwendung silanhaltiger Formulierungen ist, neben einer hohen Produktqualität und entsprechender Wirkstoffkonzentration, die fachgerechte Applikation entscheidend. Technische Details zur korrekten Durchführung der Hydrophobierung von Beton finden sich in den entsprechenden technischen Regelwerken (in Deutschland beispielsweise. im SIVV-Handbuch[1], in der Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen[2] sowie in der ZTV-ING [3]). Außerdem sollten die Qualität und die Dauerhaftigkeit der Hydrophobierung durch Nachuntersuchungen kontrolliert werden, um einen langanhaltenden Schutz zu gewährleisten. Zusätzlich zu den in den Regelwerken festgelegten Maßnahmen empfiehlt sich die Erstellung von Wirkstoffprofilen[4].
Alles in allem bietet die Tiefenhydrophobierung mit Spezialsilanen, wie sie beispielsweise die Wacker Chemie AG anbietet, deutliche Vorteile gegenüber einer Vollsanierung. Sie hält 15 bis 20 Jahre, lässt sich jederzeit erneuern, kostet nur einen Bruchteil einer Vollsanierung und kann innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden. Gegenüber monatelangen Fahrspur-Sperrungen und Staus auf der Autobahn, wie sie bei Sanierungen typisch sind, ist das ein Vorteil, den jeder Verkehrsteilnehmer dankbar zu schätzen weiß.
Literatur
[1] SIVV-Handbuch: Schützen, Instandsetzen, Verbinden und Verstärken von Betonbauteilen, Ausgabe 2008, Fraunhofer IRB Verlag, Berlin
[2] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton; Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen; Ausgabe Oktober 2001, Beuth Verlag, Berlin
[3] Bundesanstalt für Straßenwesen; Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten (ZTV-ING); Teil 3, Abschnitt 4; Ausgabe April 2010
[4] A. Gerdes, F. H. Wittmann, Hydrophobieren von Beton – Welche Einflussfaktoren bestimmen die Wirksamkeit? in Moderne silanbasierte Schutzsysteme für mineralische Oberflächen, Aedificatio Verlag 2001, Zürich
