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P. Schießl/T. F. Mayer · Lebensdauermanagement von Stahlbetonbauwerken Bild 1. Elemente des Lebensdauermanagements während der Planungs- und Ausführungsphase Fig. 1. Elements of Life Cycle Management during design and construction phase – Entwicklung eines Inspektionsplans mit Festlegung von Inspektionsintervallen und geeigneten Inspektionsmethoden – Qualitätskontrolle dauerhaftigkeitsrelevanter Kenngrößen während der Herstellung – Ermittlung der erreichten Bauwerksqualität nach Fertigstellung (Abnahme) – Aktualisierung der Lebensdauerbemessung unter Berücksichtigung der ermittelten Kenngrößen des fertigen Bauwerks – Ausstellung eines Geburtszertifikats (Dokumentation der erreichten Bauwerksqualität und der Lebensdauerbemessung, evtl. Anpassung des Inspektionsplans) – zyklische Zustandserfassungen und Aktualisierung der Lebensdauerbemessung – ggf. Durchführung von Instandsetzungsmaßnahmen 2.2 Lebensdauerbemessung Die Lebensdauerbemessung stellt das Kernelement eines LDMS dar. Die Lebensdauerbemessung kann in Abhängigkeit von der Komplexität des Bauwerks und dem Anforderungsprofil auf unterschiedlichen Detaillierungsniveaus durchgeführt werden. Im Einzelnen können vier Niveaus unterschieden werden: – vollprobabilistische Lebensdauerbemessung – semiprobabilistische Lebensdauerbemessung (Verfahren mit Teilsicherheitsbeiwerten) – Lebensdauerbemessung nach deskriptiven Vorgaben – Vermeiden der Schädigung Weitere Informationen zu diesen Detaillierungsniveaus können z. B. dem fib Model Code for Service Life Design entnommen werden [5]. Während für Schädigungsmecha- Bild 2. Zeitliche Entwicklung des Zuverlässigkeitsindex – und der Versagenswahrscheinlichkeit p f (CEM I, w/z = 0,50, Chloridbeaufschlagung) Fig. 2. Reliability index and failure probability with respect to chloride-induced corrosion (CEM I, w/c = 0.50) nismen wie Alkali-Kieselsäure-Reaktion oder Frost-Tausalz-Angriff derzeit nur eine Lebensdauerbemessung auf Grundlage deskriptiver Vorgaben oder durch Vermeiden der Schädigung möglich ist, existieren für die Bewehrungskorrosion infolge von Karbonatisierung oder Chlorideindringen ausreichend validierte, vollprobabilistische Bemessungsansätze, die im Weiteren in den Mittelpunkt dieses Beitrags gestellt werden [2]. Als Ergebnis der vollprobabilistischen Lebensdauerbemessung wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein betrachteter Grenzzustand (z. B. die Depassivierung der Bewehrungsoberfläche infolge von Chlorideindringen) innerhalb der geplanten Nutzungsdauer verletzt wird, in Form einer Versagenswahrscheinlichkeit p f oder des korrespondierenden Zuverlässigkeitsindex β‚ bestimmt. Diese Ansätze fanden bereits Anwendung z. B. beim Bau des Westerschelde-Tunnels in den Niederlanden, des Parkhauses der Allianz-Arena in München oder aktuell des Qatar-Bahrain-Causeway, einer rd. 40 km langen Brückenverbindung zwischen Qatar und Bahrain, die in den nächsten Jahren realisiert wird [6], [7]. Zur Veranschaulichung der prinzipiellen Vorgehensweise soll das folgende Beispiel dienen. Für die direkt befahrene Geschossdecke eines Parkhauses ohne Oberflächenschutzsystem wurde ein Beton verwendet, der mit einem Portlandzement CEM I und einem w/z-Wert von 0,50 hergestellt wurde. Dieser Beton verfügt über einen vergleichsweise hohen Chloridmigrationskoeffizienten von rd. 15,8 × 10 –12 m 2 /s, d. h. einen relativ geringen Chlorideindringwiderstand. Die Geschossdecke wurde mit einer Betondeckung von c nom = 55 mm und einer einbaubedingten Standardabweichung von s = 6 mm ausgeführt. Die zu erwartende Chloridbelastung der Geschossdecke an der der Einwirkung ausgesetzten Betonoberfläche kann auf Grundlage von Erfahrungswerten von vergleichbaren Bauwerken zu rd. 2,0 M.-%/z abgeschätzt werden [8], [9]. Eine Bemessung auf den hier maßgebenden Grenzzustand der Tragfähigkeit ist in Ermangelung ausreichend validier- 14 Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 11
P. Schießl/T. F. Mayer · Lebensdauermanagement von Stahlbetonbauwerken ter Modelle derzeit noch nicht möglich, so dass stellvertretend der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit „Depassivierung der Bewehrung“ betrachtet wird. Unter Verwendung des Modells <strong>zum</strong> Chlorideindringen nach Gehlen [2] ergibt sich für diesen Grenzzustand <strong>zum</strong> Ende der geplanten Nutzungsdauer von t = 50 Jahren eine Versagenswahrscheinlichkeit von p f = 47%, d. h., die Wahrscheinlichkeit, dass in der betrachteten Geschossdecke nach 50 Jahren eine Depassivierung infolge Chlorideindringens stattgefunden hat, beträgt 47%. Der zeitliche Verlauf der Versagenswahrscheinlichkeit p f und des Zuverlässigkeitsindex β sind in Bild 2 dargestellt. Für den hier betrachteten Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit wird am Ende der Nutzungsdauer in [9] ein Zuverlässigkeitsindex β≥0,5 gefordert. Da die geforderte Zuverlässigkeit in diesem Beispiel deutlich unterschritten wurde, ist in einem nächsten Schritt eine Erhöhung des Chlorideindringwiderstands durch Rezeptoptimierung bzw. Erhöhung der Betondeckung oder eine Verringerung der Chlorideinwirkung durch konstruktive Maßnahmen zu erörtern. 2.3 Optimierungspotential durch Rezepturoptimierung Ein wesentlicher Vorteil des hier beschriebenen Ansatzes der Lebensdauerbemessung besteht in der Möglichkeit, die Auswirkung betontechnologischer Maßnahmen auf die zu erwartende Lebensdauer quantitativ zu bewerten und so Optimierungspotentiale durch Rezepturoptimierung nutzen zu können. Beispielhaft ist in Bild 3 der Einfluss von Bindemittelzusammensetzung und w/z-Wert auf die maßgebende Kenngröße zur Beschreibung des Chloridtransports, den Chloridmigrationskoeffizient, dargestellt [10]. Derartige Bewertungswerkzeuge gewinnen vor dem Hintergrund der derzeitigen Entwicklungen am Zementmarkt an Bedeutung, an dem aufgrund des hohen CO 2 - Ausstoßes bei der Klinkerproduktion reine Portlandzemente CEM I zunehmend durch CEM II- und CEM III- Zemente ersetzt werden. In Bild 4 sind die Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit dargestellt, die in dem zuvor beschriebenen Beispiel der Austausch eines Portlandzements durch einen Portlandkompositzement CEM II/B- M (S-LL) oder einen Hochofenzement CEM III/B bei gleichem Wasserzementwert bedingt. Bereits vergleichsweise geringe Hüttensandgehalte bei einem CEM II/B-M (S-LL) führen hier zu einem signifikanten Anstieg der Zuverlässigkeit. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Rezepturoptimierung unter Berücksichtigung aller Dauerhaftigkeitsaspekte erfolgen muss. Hohe Anteile an puzzolanischen oder latent hydraulischen Bestandteilen im Bindemittel verbessern zwar z. B. den Chlorideindringwiderstand und den Widerstand gegenüber chemischem Angriff, führen aber u. U. zu einem Rückgang des Karbonatisierungswiderstands und des Frost-Tausalz-Widerstands. Portlandkompositzemente stellen hier einen möglichen Kompromiss bei verschiedenen Dauerhaftigkeitsanforderungen an ein Bauteil dar, da sie sowohl einen vergleichsweise hohen Chlorideindringwiderstand aufweisen, im Vergleich zu Hochofenzementen mit hohem Hüttensandgehalt aber zusätzlich auch noch über einen relativ hohen Karbonatisierungswiderstand verfügen. Der Einfluss des Bindemittels auf die Wahrscheinlichkeit der Bild 3. Einfluss von Bindemittel und Wasserzementwert auf den Chloridmigrationskoeffizienten [10] Fig. 3. Influence of binder type and water/cement-ratio on the chloride migration coefficient [10] Bild 4. Einfluss der Zementart auf den Zuverlässigkeitsindex bei Chloridbeaufschlagung (w/z = 0,50) Fig. 4. Influence of the binder type on the reliability index with respect to chloride-induced corrosion (w/c = 0.50) karbonatisierungsinduzierten Korrosion bei Verwendung eines CEM I, eines CEM II/B-M (S-LL) und eines CEM III/A bei gleichem Wasserzementwert ist exemplarisch in Bild 5 dargestellt. Als Ergebnis der Rezepturoptimierung steht die Auswahl einer Betonzusammensetzung, die unter Berücksichtigung aller Einwirkungen eine möglichst hohe Dauerhaftigkeit des betrachteten Bauteils gewährleistet. 2.4 Erweiterte Eignungsprüfungen Die Lebensdauerbemessung, die als Bestandteil der Planung durchgeführt wird, beruht auf Annahmen sowohl für die Umwelteinwirkungen als auch für die dauerhaftig- Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 11 15
Seite 1: 2 + 11 104. Jahrgang Februar 2009,
Seite 4 und 5: Zement/Beton Bild 3. Flugbetriebsfl
Seite 6 und 7: Chr. Müller · Zemente mit mehrere
Seite 16 und 17: P. Schießl/T. F. Mayer · Lebensda
Seite 18 und 19: P. Schießl/T. F. Mayer · Lebensda
Seite 20: CEMEX Deutschland AG Daniel-Goldbac

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