Betoninstandsetzung – typische Schäden, Diagnostik und Sanierungskonzept

Die Betoninstandsetzung umfasst Maßnahmen zur Reparatur und Sanierung von Bauteilen und Bauwerken aus Beton oder Stahlbeton, die aufgrund von Alterung, Umwelteinflüssen oder mechanischer Beanspruchung geschädigt sind. Ziel der Betoninstandsetzung ist es, die Funktionstüchtigkeit und Standsicherheit der Konstruktion zu erhalten oder wiederherzustellen, um die geplante Nutzungsdauer zu erreichen oder zu verlängern. Betoninstandsetzungen sollten möglichst frühzeitig durchgeführt werden, um größere Schäden zu vermeiden und die aufzuwendenden Kosten zu begrenzen. Eine regelmäßige Inspektion und Wartung von Betonkonstruktionen können dazu beitragen, Schäden frühzeitig zu erkennen und eine rechtzeitige Instandsetzung zu ermöglichen.

Chlorid- und feuchtebedingte Betonkorrosion
Foto: Hardy Dinse

Betoninstandsetzungsmaßnahmen erfordern in der Planung und Ausführung ein fundiertes Fachwissen hinsichtlich Baukonstruktion, Betontechnologie, Bauphysik, Schadensmechanismen und Instandsetzungsverfahren. Daher ist es wichtig, dass die Arbeiten von qualifizierten Fachleuten durchgeführt werden, um eine fachgerechte und langfristig wirksame Instandsetzung zu gewährleisten. Nicht zuletzt sind zahlreiche Regelwerke zu beachten, auf die an dieser Stelle jedoch nicht weiter eingegangen wird. Diesbezüglich wird auf den Artikel „Im Irrgarten der Regelwerke“ in der DBZ vom Mai 2022 verwiesen. Nachzulesen auf dbz.de.

Fehler in Planung und Aussführung

Betonschäden zählen aufgrund der weitverbreiteten Anwendung von Beton auch zu den häufigsten Schadensbildern. Dies zeugt von einer gewissen Schadensanfälligkeit und der begrenzten Dauerhaftigkeit des Baustoffs Beton. Aus der Erfahrung mit dem Material ist bekannt, dass Fehler in der Planung und Ausführung in Verbindung mit dem Alterungsprozess, dem Verbund von Beton und Stahl sowie Einwirkungen während der Nutzungsphase eine Vielzahl an Schäden verursachen können. Mögliche Schadensursachen sind (Auswahl):

– unzureichende Einhaltung der Qualitätsmerkmale, Herstellerangaben und Regelwerke

– geringere Anforderungsvoraussetzungen zum Zeitpunkt der Planung und Errichtung der Betonbauten

– Mängel bei der Herstellung, dem Einbau und der Nachbehandlung des Frischbetons

– die Nutzung und materialtypische Alterungsprozesse

Die aus den vorgenannten Ursachen resultierenden Schäden werden entsprechend der Hauptbestandteile von Stahlbeton in Betonkorrosion und Bewehrungskorrosion unterschieden. Am Festbeton ist dabei eine Verminderung seiner typischen Eigenschaften, wie Druckfestigkeit, Elas-tizitätsmodul, Oberflächenzugfestigkeit oder Porosität zu beobachten. Unterliegt die Bewehrung korrosiven Angriffen, z. B. aufgrund von Wasser- und Sauerstoffzutritt mit oder ohne Salzzufuhr, können die Bewehrung und deren Verbund mit dem Beton nachhaltig geschädigt werden. Erfahrungsgemäß entstehen die meisten Schäden aus dem Zusammenwirken mehrerer Schadensursachen. So vielfältig die Schadensursachen und ihre Kombinationen auch sein mögen, die resultierenden Schadensbilder weisen noch mehr Facetten auf.

Salzablagerungen in Tiefgarage
Foto: Hardy Dinse

Typische Betonschäden und deren Auswirkungen können beispielsweise sein:

Herstellungsbedingte Schäden

– Zementhaut/Zementsinterschicht: dünne Schicht aus Zementstein mit hoher Festigkeit

– Zementschlämme: an der Oberfläche angelagerte Schicht aus Feinbestandteilen mit geringer Festigkeit infolge Entmischung des Betons

– Poren und Lunker: Ursächlich sind Wasser- oder Lufteinschlüsse an der Oberfläche geschalter Betonelemente

– Verfärbungen: hervorgerufen durch den ungleichmäßigen oder zu intensiven Auftrag von Trennmitteln oder Nachbehandlungsmitteln

– Schalenbildung: bis zu mehrere Millimeter
dicke Schicht mit hoher Dichte infolge von unsachgemäßem Glätten oder Abreiben der Betonoberfläche

– Kiesnester: Entmischungszonen aufgrund von mangelhaftem Einbau oder Verdichten

– zu geringe Betonüberdeckung /freiliegende Bewehrung: Ursächlich können Planungsfehler oder der nicht fachgerechte Einbau der Bewehrung sein

– herstellungsbedingte Rissbildungen: infolge von zu hohem Hydratationswärmeabflusses, zu großer Temperaturdifferenzen zwischen Kern- und Randbereich, Erschütterungen des frischen Betons, durch das Frühschwinden des Betons oder zu großer Betonüberdeckung

Abgenutztes Oberflächenschutzsystem
Foto: Hardy Dinse

Physikalische und chemische Schadensmechanismen

– Rissbildungen: z. B. aufgrund von thermischen oder mechanischen Überbelastungen, Verformungen, Schiefstellungen und Baugrundsetzungen

– Kalkausblühungen und Sinterschichten: Anlagerungen von herausgelöstem Kalk als kristalline Anlagerungen (Ausblühung) an jungem Beton und dickschichtige krustenartige Anlagerungen (Sinterschicht bzw. Aussinterung)

– Fleckenbildung, Verfärbungen, Quellen oder Aussprengungen aufgrund verunreinigter Gesteinskörnung

– Abplatzungen der Zementmatrix im Bereich oberflächennah liegender, feuchteempfindlicher Gesteinskörnung

– Abwitterung der Betonoberfläche, z. B. infolge mechanischer Beanspruchung, aggressiver Substanzen oder zu geringer Betonqualität

– Bewehrungskorrosion durch die Karbonatisierung des Betons

– Zerstörung des Betongefüges aufgrund einer Volumenvergrößerung infolge sekundärer Ettringitbildung/Sulfattreiben, Kalktreiben, Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) oder Frost-Tau- oder Frost-Tausalz-Beanspruchung

Große Temperaturdifferenzen zwischen Kern- und Randbereich
führen zu Schwindrissen
Foto: Hardy Dinse

Nutzungsbedingte Schäden

– Chloridinduzierte Korrosion der Bewehrung: Zumeist durch eingetragene Tausalze in Verbindung mit durch Wasser verursachter Korrosion der Bewehrung

– Abplatzungen, Abrieb, Brüche oder Risse durch mechanische Beanspruchengen

– Bewuchs mit Algen und Flechten oder auch Ansiedlung höherer Pflanzen; in den Beton eindringende Wurzeln können Abplatzungen verursachen

– mangelhaft ausgeführte Instandsetzung

– unzureichende Wartung

– Ab- und Anlagerungen: z. B. Öle, Fette, Paraffin, Wachs, Bitumen und Teer; Öl- und Fettsäuren haben korrosive Wirkung auf den Zementstein; Staub und Schmutz oder Abrieb von Reifen

Wann und in welchem Umfang eine Instandsetzung erforderlich ist, kann nur objektspezifisch und mit Blick auf die Schadensintensität auf der Grundlage einer Folgenabschätzung beantwortet werden. Nicht jeder feststellbare Schaden erfordert auch eine sofortige Sanierung unter Aufbietung aller zur Verfügung stehenden technischen Möglichkeiten. Vielmehr ist zunächst die Standsicherheit des Gebäudes oder Bauteils zu betrachten bzw., ob gesundheitliche Risiken für die Nutzer oder Dritte bestehen.

Letztendlich erfolgt die Beurteilung der Sanierungswürdigkeit eines Bauwerks oder Bauteils im Vergleich von Ist- und Soll-Zustand. Auf Grundlage dieses Abgleichs wird der Planungs- und Instandsetzungsaufwand ermittelt. Erst durch eine sachverständige Beurteilung des Ist-Zustands und dem Abgleich mit dem beabsichtigten Soll-Zustand besteht die Möglichkeit, verschiedene Varianten auszuarbeiten und über die Art der Ausführung zu entscheiden. Für die Erfassung des Ist-Zustands sind wichtige Aspekte, wie Bauteileigenschaften, Einflüsse und Widerstände oder auch Instandsetzungsanforderungen, zu ermitteln. Aus der Gegenüberstellung der erfassten Daten können Rückschlüsse auf die absehbare Gefährdung und die aufzubringenden Kosten gezogen werden. Häufig sind finanzielle Erwägungen ein entscheidendes Kriterium, z. B. die Frage danach, was die Sanierung zum gegenwärtigen Zeitpunkt oder in Zukunft kostet und welcher Einfluss hieraus auf die Nutzungsdauer erwächst.

Wasser- oder Lufteinschlüsse an der Oberfläche geschalter Betonelemente führen zu Poren und Lunkern
Foto: Hardy Dinse

Nutzungsänderung beachten

Darauf aufbauend erfolgt die Erstellung eines Instandsetzungskonzepts zur Herstellung eines – der Nutzung entsprechenden – Soll-Zustands. Instandsetzungskonzepte orientieren sich jedoch nicht allein an dem Erreichen oder dem Wiederherstellen des Zustands vor Beginn eines Schädigungsprozesses. Ebenso sind erhöhte Anforderungen an das Bauwerk wegen Nutzungsänderungen zu berücksichtigen oder die Anpassung der Bausubstanz aufgrund zwischenzeitlich geänderter technischer Regeln. Anzuführen ist hier die Erhöhung der Betonüberdeckung (min_c), die aus veränderten Last­einwirkungen resultieren kann, oder der ver­besserte Schutz der Bewehrung vor Chlorideintrag. Aufgrund der Komplexität von Instandsetzungen an Bauteilen aus Stahlbeton fordern die Regelwerke, dass die Planung von Instandsetzungen zwingend durch eine sachkundige Planer:in zu erfolgen hat.

Die Grundlage für eine erfolgreiche Bausanierung besteht im Wesentlichen in einer dem Objekt und seiner Nutzung angemessenen und durch Fachkenntnis gekennzeichneten Planung. Sie ist für eine qualitativ ausgereifte Bestandsuntersuchung und Bauwerksdiagnostik entscheidend. Zu Beginn einer Sanierungsplanung besteht oftmals die schwierige Aufgabe, Art und Umfang bauwerksdiagnostischer Untersuchungen festzulegen. Die Regelwerke, Normen und Richtlinien enthalten zumeist diagnostische Einzelmaßnahmen aus denen ein Untersuchungsfahrplan zusammenzustellen ist. Hervorzuheben sind die Merkblätter der WTA oder des DBV, die einen umfassenden Blick auf die zur Verfügung stehenden diagnostischen Möglichkeiten bieten. Für die genaue Festlegung der Untersuchungsmethoden ist zuerst eine orientierende Besichtigung erforderlich. In den weiteren Untersuchungsschritten folgen Objekt- und Laboruntersuchungen.

Zur Vorbereitung einer erfolgreichen Sanierung ist eine umfangreiche Kenntnis der Hauptgefahrenpunkte erforderlich. Aus praktischen Erfahrungen heraus sind das:

– Rissbildungen jeglicher Art

– Feuchteeintritte an Rissen und Fugen

– Frost- und Frost-Tausalz-Beanspruchung

– fehlender Oberflächenschutz

– Ausführungsmängel (Betondeckung,

Fugenausbildungen)

– Planungsmängel, z. B. in Bezug auf die Bau- grundfeuchte, Gefälleausbildung

– mangelhafte Wartung

– Mängel an den Entwässerungsanlagen

In welchem Umfang Untersuchungen erforderlich sind, kann nur objektbezogen entschieden werden. Reichen bei einfachen Instandsetzungsarbeiten Rücksprachen mit erfahrenen Hand-werker:innen, so sind bei Eingriffen in die tragende Konstruktion die Mitarbeit von Statiker:innen und Fachingenieur:innen sowie
bei Arbeiten an denkmalgeschützten Objekten die Einschaltung der Denkmalschutzbehörde erforderlich.

Alle Feststellungen zum Bestand, zum Zustand des untersuchten Objekts und zu den Schadensbildern sind ausreichend in Textform, mit Fotos und Skizzen zu beschreiben. Durch die Bestandsaufnahme werden die Entscheidungs- und Planungsgrundlagen geschaffen. Vorzugsweise sollte die Herangehensweise dem Grundsatz „Vom Großen ins Kleine“ folgen. Daher sollte am Anfang eine gewissermaßen „globale“ Betrachtung des Objekts, das heißt, eine umgebungsbezogene Bestandsaufnahme erfolgen.

Aufnahme des Bestands

Mit der umgebungsbezogenen Bestandsaufnahme werden beispielsweise Daten zur topografischen Lage, Geländeneigung, Hauptwindrichtungen, Bewuchs in der Umgebung oder weitere ortsspezifische Besonderheiten erfasst. Auf die Umgebung bezogene Dokumente können unter anderem vom Bauherrn oder von Bauämtern angefordert oder dort eingesehen werden. Für die Festlegung der Abdichtungsverfahren und zur Einschätzung der Randbedingungen in der Sanierungsphase können die nachfolgend aufgeführten Unterlagen von besonderem Interesse sein:

– Bodengutachten, u. a. mit Schichtenaufbau, dem Bemessungswasserstand und Fließrichtung der Bodenwässer

– topografische Unterlagen der Umgebung

– Wind- oder Schneelastkarten

– Relevante Informationen zu angrenzenden Bauwerken, z. B. Gründungsart

Nach Abschluss der Objektaufnahme können die Bauwerksbereiche festgelegt werden, in denen die Untersuchungen mit zerstörungsfreien oder zerstörenden Verfahren ausgeführt werden. Die gebräuchlichsten Untersuchungen vor Ort sind:

– visuelle Begutachtung aller Oberflächen

– partielle Bauteilöffnungen und Freilegungen zur Feststellung des Zustands der Bauteile, konstruktiver Zusammenhänge, der Einbau­situation von Fugenkonstruktionen und zur Art der verwendeten Materialien

– Sondierungsbohrungen und Endoskopie zur Erfassung verdeckter Konstruktionsmerkmale sowie der Schichtenfolge und Bauteilabmessungen

– Rissaufnahmen, also Darstellung von Rissverläufen und Rissbreitenmessung sowie Erfassung von Rissbreitenänderungen

– qualitative und halbqualitative Feuchte- und Salzanalysen durch Feuchtemessgeräte und auf der Baustelle anwendbare chemische Indikatoren, Probennahme für Darr-Methode

– Messungen des Raumklimas und der Oberflächentemperatur (zur Beurteilung des Tauwasseranfalls)

– geotechnische Untersuchungen zu Baugrund und hydrogeologischen Verhältnissen (Anlegen einer Schürfgrube, Rammkernsondierungen, Feststellen der Bodenklasse usw.)

Mit diesen Untersuchungsmethoden lässt sich bei geringfügigen Schäden schon eine Festlegung der weiteren Sanierungsschritte treffen.

Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse bildet die Grundlage des Sanierungskonzepts. Die Ergebnisse werden zusammengeführt und mit anderen Untersuchungsergebnissen verglichen, um so verdichtete Aussagen zu Bauteilen, Gebäudeabschnitten oder ganzen Bauwerken zu treffen. Durch die Überlagerung von Untersuchungsergebnissen können bisher nicht beachtete oder verdeckte Schadensmechanismen aufgezeigt werden und so eine gezieltere Instandsetzungsplanung generieren.

Die Zusammenführung der Ergebnisse verschiedener Untersuchungen ist bei einigen Untersuchungsmethoden unerlässlich, um belastbare Aussagen zum Schadensrisiko treffen zu können. Zum Beispiel hat eine Potenzialfeldmessung zur Ermittlung des Risikos einer chloridinduzierten Korrosion an Stahlbetonbauteilen wenig Aussagekraft, wenn nicht auch die Betondeckung, der Feuchtegehalt und der Gehalt an wasserlöslichen Chloriden untersucht werden.

Vergleichende Analysen

Im Rahmen der diagnostischen Untersuchungen ist es nicht immer möglich, das gesamte Bauwerk zu erfassen. Sind die nicht untersuchten Flächen oder Bauwerksabschnitte durch visuelle Schadensmerkmale ausreichend beschrieben, besteht die Möglichkeit, in vergleichenden Analysen zu prüfen, ob eine Übertragbarkeit der Ergebnisse plausibel ist.

Dies kann jedoch nur objektbezogen im Einzelfall erfolgen; verallgemeinernden Aussagen ist mit Vorsicht zu begegnen.

Nachdem alle Untersuchungen und Analysen sorgfältig durchgeführt und ausgewertet sind, können Art, Umfang und Dauer der Instandsetzungsmaßnahme geplant werden. Neben der Kos-tensicherheit sind damit auch eine sichere Abschätzung der Maßnahmedauer und eventuell notwendiger Nutzungseinschränkungen des Objekts möglich. Entsprechend den Vorgaben für die zukünftige Nutzung und Funktion des Bauwerks beziehungsweise des Gebäudeabschnitts erfolgt die:

– Planung von Art und Umfang der Instandsetzungsschritte

– Festlegung der Technologie

– Auswahl der Materialien.

Die Planung ist so zu konzipieren, dass sie zum Zeitpunkt der Bauabnahme dem aktuellen Stand der anerkannten Regeln der Technik (aRdT) entspricht. Es sollten immer mehrere Varianten zur Erzielung des Soll-Zustands zur Entscheidung vorgelegt werden. Es empfiehlt sich, eine grobe Abschätzung der Neubaukos-ten miteinzubeziehen, um eine kostenmäßige Einordnung der Instandsetzungsvarianten darzulegen. Anzumerken ist, dass gewünschte Nutzungsänderungen, aber auch Änderungen der technischen Regeln in den meisten Fällen eine technische Verbesserung des Gebäudezustandes erfordern. Dahingehende Vereinbarungen sind transparent zu kommunizieren und schriftlich festzuhalten.

Bauwerksdiagnostische Untersuchungen sind ausreichend vorzunehmen und die Bestands- und Schadensaufnahme muss aktenkundig dokumentiert sein. Wird dem nicht nachgekommen, besteht eine Verletzung der Pflichten. Kommt es zum Versagen der Instandsetzungsmaßnahmen, können rechtliche Ansprüche gegen die Planer:in erwirkt werden.

Autor: Hardy Dinse ist Sachkundiger Planer und
Führungspersonal für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen sowie Beratender Inge­nieur der
Ingenieurkammer
Foto: Privat