Forschung zur Instandsetzung von Parkhäusern aus Beton-Stahlblech-Konstruktionen

In den vergangenen Jahrzehnten wurden im großen Umfang Parkhäuser mit Deckensystemen aus Stahl-Trapezblechen und Stahlbetonergänzung (Verbunddecken) als klassischer Verbundbau errichtet. Diese Deckenkonstruktionen sind bei Einsatz als Parkflächen einer Chloridbelastung aus Taumitteln ausgesetzt. Aus diesem Grund wird der Beton meist mit einem rissüberbrückenden Oberflächenschutzsystem versehen. Durch die Kombination großer Rissbreiten, gerade über den Stahlträgern, und freier Bewitterung beziehungsweise hoher Temperaturänderungen, zeigen die gängigen Beschichtungen bereits nach wenigen Jahren Risse und Ablösungen.

Dieses Stahlblech ist beschädigt und droht durchzurosten
Foto: Christoph Dauberschmidt

Durch diese Undichtigkeiten gelangen Chloride in die Stahlbetonkonstruktion. Hier ist gerade bei älteren Bauten die den Riss kreuzende, aufgebogene Bewehrung (Aufhängebewehrung) aus herkömmlichem Bewehrungsstahl anfällig, so dass es bei Eindringen von Chloriden zu Lochkorrosion kommt. Diese kann die Tragfähigkeit der Deckenkonstruktion und den damit verbundenen Querschnittsverlusten nach wenigen Jahren stark einschränken.

Eine weitere Schwachstelle der Systeme stellt die Hinterläufigkeit des Stahlblechs dar: Durch die nicht funktionstüchtige Beschichtung und durch Risse im Betonquerschnitt gelangen Chloride häufig auch auf die Oberseite der Stahlbleche und führen auch dort innerhalb kurzer Zeit zu deutlichen Querschnittsverlusten an den Blechen bis diese letztlich durchrosten.

Bisherige Instandsetzungsversuche reichen nicht

Solch geschädigte Deckensysteme sind bislang kaum wirtschaftlich instand zu setzen: Der Korrosionsschutz der Betonstahlbewehrung muss bei hoher Chloridbelastung im Rissbereich durch Entfernen des chloridbelasteten Betons mit Höchstdruckwasserstrahlen und anschließender Reprofilierung wieder hergestellt werden. Die Korrosion der Bleche lässt sich durch herkömmliche Instandsetzungsarbeiten von der Deckenoberseite nicht unterbinden. Auch sind übliche Versuche, wie Schweißen aufgrund der dünnen Blechdicke oder Nieten und Schrauben, aufgrund der geringen Kraftübertragung nicht geeignet, so dass häufig der Abriss der geschädigten Deckenfelder erforderlich ist. Dies ist mit sehr hohen Kosten und einem hohen Ressourceneinsatz sowie langfristigen Nutzungsunterbrechungen verbunden.

Erfolg durch Kombination zweier Methoden

Das Projekt „Innovative Instandsetzung von Parkhäusern in Stahlblech-Stahlbeton-Verbundbau durch eine Kombination von geklebter Verstärkung und Kathodischem Korrosionsschutz“ (GlueCS-Park) steht für die Kombination von zwei Methoden: kathodischer Korrosionsschutz auf der Betonoberseite der Parkdecks sowie die geklebte Verstärkung von geschädigten Blechen. Das Projekt wurde am 1. Dezember 2019 gestartet und läuft bis zum 30. November 2023.

GlueCS-Park wird geleitet von Prof. Dr. Christoph Dauberschmidt von der Fakultät Bauingenieurwesen der Hochschule München, der die Einzigartigkeit des Projekts betont: „Mit unserem Ansatz stoppen wir nicht nur den Rostvorgang, sondern stärken gleichzeitig auch das Bauwerk in seiner Konstruktion.“

Für die Oberseite der Parkdecks entwickeln die Forschenden ein so genanntes kathodisches Korrosionsschutzsystem (KKS), bei dem Carbonnetze in eine zusätzliche dünne Betonschicht eingebracht werden. Jene dienen als Verstärkung der Decke und als Anode für das KKS-System, um die Korrosion mit Hilfe eines Schutzstroms, der durch das Carbonnetz verteilt wird, zu unterbinden.

Tragfähigkeit weiterhin gewährleisten

Florian Ilg, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Material- und Bauforschung, bringt eine klebtechnische Verstärkung auf einem Modell der Deckenunterseite eines Parkhauses auf
Foto: Wolfram Schlenker

Auf der Deckenunterseite werden auf die geschädigten Trapezbleche dauerhafte Verstärkungen aus Stahl mit chloriddichtem Klebstoff angebracht. Prof. Dr. Christian Schuler, ebenfalls Forscher an der Fakultät für Bauingenieurwesen der Münchner Hochschule, ist im Projekt verantwortlich für das Thema Sanierung mit Klebstoffen: „Wir installieren keine neuen Träger oder Abstützungen, sondern wollen mit einer Art Pflaster die Kraft homogen um die Schadstelle herumleiten“. Erste Langzeitversuche belegen die Wirksamkeit beider Methoden: dass das KKS-System die weitere Korrosion aufhält und dass die klebtechnische Verstärkung weiterhin die Tragfähigkeit der Konstruktion gewährleistet.

Kooperationspartner sind zuversichtlich

Mehrere kooperierende Industrieunternehmen erhoffen sich durch die Kombination von Bauwerksverstärkung und kathodischen Korrosionsschutz bereits einen Wettbewerbsvorteil bei der Instandsetzung von Parkhäusern. Technisch ausgereifte und vor allem wirtschaftlich tragfähige Konzepte für korrosionsgeschädigte Parkhäuser existieren derzeit noch nicht. Schätzungen zufolge sind rund 30 Prozent aller Parkflächen in Deutschland geschädigt und müssen dringend saniert werden. Die Erkenntnisse des Forschungsprojektes könnten künftig zudem für die Instandsetzung anderer Bauwerke wie Brücken oder Tunnel aus ähnlichen Verbundkonstruktionen eingesetzt werden.

www.forschung-fachhochschulen.de

Autor

Ralf Kastner ist Referent für Hochschulkommunikation an der Hochschule München.