SPEZIALBEWEHRUNGSSTAHL FÜR BRÜCKEN UND TUNNEL
Kostenreduzierung durch verlängerte Lebensdauer von Bauwerken
In der heutigen Gesellschaft ist das Pendeln für Arbeit und Freizeit, für lange und kurze Strecken, bei jedem Wetter, zum normalen Alltag geworden. Es wird erwartet, dass die erforderliche Infrastruktur, einschließlich Brücken und Tunnel, in gutem Zustand und staufrei sind, unabhängig von der Jahreszeit. Im Winter erfordert dies einen umfangreichen Einsatz von Enteisungsmitteln. In Deutschland werden im Winter täglich bis zu 100'000 Tonnen Tausalz eingesetzt, was bei einem einzigen Eisregenereignis circa 0,5 Tonnen Tausalz pro Kilometer entspricht.
Dringender Handlungsbedarf: Hohe Sanierungskosten für Brücken und Tunnel, die chloridinduzierter Korrosion ausgesetzt sind
Die im Spritzwasser und Sprühnebel enthaltenen Chloride dieser Tausalze sind der Feind jeder Stahlbewehrung. Je nach Konzentration führen sie zu unerwünschter Korrosion am Betonstahl und damit zu kostspieligen Reparaturen. Noch in 2007 waren 66% aller Brückenschäden auf chloridinduzierte Korrosion zurückzuführen. In zahlreichen Ländern ist die Brückensanierung zu einer der dringendsten Herausforderungen geworden, um einen staufreien Verkehrsfluss zu gewährleisten. Allein in Deutschland sind 4.800 Brücken bzw. 12% aller Straßenbrücken im Bundesfernstraßennetz mit einer Zustandsnote > 3,0 und damit als unzureichend oder unzulänglich bewertet. Gemäß der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) sind somit für diese Brücken in naher Zukunft Instandsetzungsmaßnahmen einzuplanen.
Brückenschäden in Deutschland (September 2019)
Gründe für Schäden an Brückenkonstruktionen
Der falsche Betonstahl beeinträchtigt die Lebensdauer
Chlorid-induzierte Korrosion führt zu hohem Materialverlust und reduziert dadurch den Stahlquerschnitt. Dieser Prozess ist vielfach von außen nicht sichtbar und stellt eine große Bedrohung für die Stabilität der Tragstruktur dar: Die Verringerung des Stahlquerschnitts reduziert die Tragfähigkeit der Bewehrung und führt im Extremfall zu einer Einsturzgefahr der gesamten Konstruktion. Bei der Verwendung von konventionellem Betonstahl wird die angestrebte Lebensdauer der Bauteile, abhängig von der Chloridkonzentration, oft unterschritten. Die Folgen sind ungewollt frühzeitige, aber notwendige Instandsetzungsmaßnahmen, die teilweise sogar die Herstellungskosten übersteigen. Mehrausgaben für Reparaturarbeiten, insbesondere bei schwer zugänglichen Teilen, und die volkswirtschaftlichen Schäden, die durch Staus oder Straßensperrungen entstehen, werden dabei noch nicht berücksichtigt.
Anwendungen im Brücken- und Tunnelbau
Anwendungen von rostfreiem Bewehrungsstahl im Brückenbau
Rostfreie Stahlbewehrung und Befestigungsanwendungen im Tunnelbau
Befestigungen für Zwischendecken in Tunneln
Um die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Strukturen zu verbessern und gleichzeitig die Gesamtkosten zu berücksichtigen, ist die Wahl des am besten geeigneten Materials entscheidend. Mit zunehmender Menge an Legierungen steigt nicht nur die Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl, sondern auch die Materialkosten. Ziel ist es, die passende Stahlbewehrung in Abhängigkeit der erwarteten Chloridbelastung je Bauteil und damit dem notwendigen Korrosionswiderstand (Ccrit) auszuwählen. Die folgende Tabelle unterstützt die Entscheidungsfindung zum passenden Material. Je nach Höhe der anliegenden Chloridbelastung erfolgt der Einsatz von Top12 bzw. UGIGRIP.
| Produkt | Chloridkonzentration
[M.-%/z] in alkalischem Beton auf der Stahloberfläche |
Chloridkonzentration
[M.-%/z] in karbonisiertem Beton auf der Stahloberfläche |
||||||||||||
| ≤ 0,5 | ≤ 1,0 | ≤ 2,0 | ≤ 2,5 | ≤ 3,0 | > 3,0 | ≤ 0,25 | ≤ 0,5 | ≤ 0,75 | ≤ 1,00 | ≤ 1,25 | > 1,50 | |||
| B500B | (1.0439) | |||||||||||||
| Top12 | (1.4003) | |||||||||||||
| UGIGRIP® | (1.4062; 1.4362; 1.4462) | |||||||||||||
| Korrosionsrisiko bei entsprechendem Produkt | keines | niedrig | hoch | |||||||||||
Um die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Strukturen zu verbessern und gleichzeitig die Gesamtkosten zu berücksichtigen, ist die Wahl des am besten geeigneten Materials entscheidend. Mit zunehmender Menge an Legierungen steigt nicht nur die Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl, sondern auch die Materialkosten. Ziel ist es, die passende Stahlbewehrung in Abhängigkeit der erwarteten Chloridbelastung je Bauteil und damit dem notwendigen Korrosionswiderstand (Ccrit) auszuwählen. Die folgende Tabelle unterstützt die Entscheidungsfindung zum passenden Material. Je nach Höhe der anliegenden Chloridbelastung erfolgt der Einsatz von Top12 bzw. UGIGRIP.
| Produkt | Chloridkonzentration
[M.-%/z] in alkalischem Beton auf der Stahloberfläche |
Chloridkonzentration [M.-%/z] in karbonisiertem Beton auf der Stahloberfläche |
||||||||||||
| ≤ 0,5 | ≤ 1,0 | ≤ 2,0 | ≤ 2,5 | ≤ 3,0 | > 3,0 | ≤ 0,25 | ≤ 0,5 | ≤ 0,75 | ≤ 1,00 | ≤ 1,25 | > 1,50 | |||
| B500B | (1.0439) | |||||||||||||
| Top12 | (1.4003) | |||||||||||||
| UGIGRIP® | (1.4062; 1.4362; 1.4462) | |||||||||||||
| Korrosionsrisiko bei entsprechendem Produkt | keines | niedrig | hoch | |||||||||||
Lebenszyklus-Kosten als Grundlage für eine wirtschaftliche Kalkulation von Ingenieurbauwerken
Die angestrebt Lebensdauer (Ziellebensdauer) von Brücken und Tunnel ist ein kritischer Faktor für die finanzielle Berechnung der Baukosten und letztlich der Lebenszykluskosten. Die Lebenszykluskosten stellen die Summe der Herstellungskosten und der Betriebskosten (Inspektion, Wartung und Reparatur) dar. Prognostizierte und damit berechnete Lebensdauern sollten zwar mindestens die Ziellebensdauer von z.B. 100 Jahren sichern, diese jedoch nicht maßlos übertreffen. Die Erfahrung zeigt, dass Bauwerke lange vor Erreichen der angestrebten Lebensdauer bedrohliche Anzeichen von Bewehrungskorrosion aufweisen. Notwendige und vor allem ungewollt frühzeitige und manchmal sogar wiederkehrende Instandsetzungs-Maßnahmen übersteigen oft die Herstellungskosten. Um verschiedene Konstruktionsvarianten zu vergleichen, ist es daher sinnvoll, statt der Herstellungskosten die Lebenszykluskosten als Entscheidungskriterium heranzuziehen.
In gewissem Umfang berücksichtigen bestehende Normen, z.B. in Deutschland, bereits die Dauerhaftigkeit von Bauwerken gegenüber chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Sie ordnen Betondeckungen und Anforderungen an die Betonzusammensetzung in Abhängigkeit der Expositionsklasse des Bauteils zu. Die Erfahrung aus zahlreichen Beispielen zeigt jedoch, dass zusätzliche Maßnahmen für hoch chloridbelastete Bauteile von Brücken und Tunneln zusätzliche Schutzmaßnahmen notwendig sind.
Kenne deinen Feind: Problembereiche lokalisieren
Um die Kosten für den Bau und die Reparatur von Infrastrukturen vorhersehbar zu halten, kann die Verwendung einer rostfreien Bewehrung den Unterschied ausmachen. Aufgrund seines Legierungsgehalts hat rostfreier Betonstahl eine höhere Korrosionsbeständigkeit als klassischer Betonstahl. Das Verständnis über Problembereiche von Infrastrukturbauwerken ist entscheidend, um das Gleichgewicht zwischen Baukosten und Dauerhaftigkeit zu finden. Besonders exponierte Bauteile von Brücken und Tunneln sind die Folgenden:
- Brückenkappen
- Konsolen-Köpfe
- Brückenmittelpfeiler
- Brückenwiderlager
- Brückenüberbau
- Brücken-Schleppplatten
- Tunnel-Notgehwege
- Tunnel-Innenwände
- Stützmauern
- Galerien
Top12: Die ideale Lösung für die Bewehrung
Kostenreduzierung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Dauerhaftigkeit und Robustheit - eine Herausforderung, die bei der Planung und Instandsetzung von Infrastrukturbauten immer häufiger zu lösen ist. Mit unserem rostfreien Betonstahl Top12 bieten wir die Antwort. Top12 erhöht die Lebensdauer, bietet praktische Konstruktionsvorteile und hält die Kosten niedrig.
Fazit: Unter Berücksichtigung der Gesichtspunkte: Kosten, Dauerhaftigkeit, baupraktische Vorteile schneidet Top12 in der Lebenszykluskostenstudie des IB Schießl Gehlen Sodeikat am besten ab.
| Bauteil | Stahlgüte | Chlorid-
belastung [M.-%z] (Cs,Δx) |
Betonüber-deckung [mm] (µ/σ) |
Bindemittel | Kalkulierte Lebens-dauer [a] | Ziel Lebens-dauer [a] | |
| Brücken-kappen | unlegierter Stahl | 3,5 | 50 / 6 | CEM II/B-S | 14 | 50 | |
| Top12 | >100 | ||||||
| Brücken-Mittelpfeiler | unlegierter Stahl | 3,0 | 55 / 8 | CEM II/B-S | 73 | 100 | |
| Top12 | +30kg/m2 FA | >>100 | |||||
| Tunnel- Notgehwege | unlegierter Stahl | 5,0 | 50 / 6 | CEM II/B-S | 10 | 50 | |
| Top12 | 55 | ||||||
| Tunnel Innenwände | unlegierter Stahl | 4,0 | 60 / 6 | CEM II/B-S | 68 | 100 | |
| Top12 | +30kg/m2 FA | >>100 |
Referenzprojekte mit unseren Stahllösungen
Autobahnkreuz München-Ost: Brückenerneuerung
Objekt: Autobahnkreuz München-Ost, DE
Anwendung: Stützen
Produkt: Top12
Abmessungen: 10 mm, 12 mm, 14 mm
Umsetzung: März 2017 bis November 2019
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Autobahn A96: Modernisierung der Etterschlag-Eching-Tunnel
Im Rahmen der sicherheitstechnischen Nachrüstung der Tunnel Eching und Etterschlag auf der Autobahn A96 Lindau-München mussten die Notgehwege aufgrund der bestehenden Korrosionsschäden erneuert bzw. instand gesetzt werden. Messungen während der Zustandsbewertung der Bauwerke ergaben bereits nach 20 Jahren Betrieb Chloridgehalte auf Höhe der Bewehrung, die deutlich über den zulässigen Grenzwerten für B500B (Ccrit) lagen. Um zukünftige ewehrungskorrosion zu verhindern, wurden die Notgehwege mit optimierter Betontechnologie und dem korrosionsarmen Bewehrungsstahl Top12 ausgestattet.
Objekt: Tunnel Eching und Etterschlag, DE
Anwendung: Notgehwege
Produkt: Top12
Abmessungen: 28 mm
Umsetzung: 2016
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