Blasenbildungen bei Beschichtungen auf Beton

Bauschäden
Blasenbildungen bei Beschichtungen
auf Beton
Der aktuelle Schadensfall
Sachverhalt
Fall A
Die Bodenplatte in einem Verbindungstunnel ist mit einem orangefarbigen Reaktionsharz beschichtet.
Die 30 cm dicke Bodenplatte ist
2000 hergestellt, die Beschichtung
ist 2007 erneuert worden.
Nach Auskunft der ausführenden
Firma soll die Beschichtung aus
einer Grundierung aus wässrigen
2K-Epoxidfestharz Uniprimer und
Großflächige Ablösungen
Fall B
In einem Tanklager ist die Bodenplatte mit einem grauen Reaktionsharz beschichtet. Die 30 cm dicke
Bodenplatte aus Beton und die
Beschichtung sind 2006 hergestellt
worden. Seit etwa 2007 werden
Blasenbildungen bemerkt, die aufplatzen und eine Flüssigkeit freisetzen.
Das Fabrikat der Beschichtung ist
nicht bekannt, die ausführende
Firma existiert nicht mehr, eine
VBD info 4/2010
einem 2K-Epoxidflüssigharz Decksiegel bestehen.
Im Bereich von Flurförderverkehr
kommt es zu großflächige Blasenbildungen und Ablösungen der
Beschichtung. Auf der Rückseite
der Beschichtung ist eine Blasenflüssigkeit vorhanden.
Nach Laboruntersuchungen besteht die Beschichtung aus insge-
samt 9 Arbeitsgängen. Die unterste
Schicht löst sich nach längerer
Wasserbelastung ab. Mit Verdünnung wird diese Schicht sofort angelöst. Eine Infrarot-Sektroskopie
ergab eine Materialbasis der untersten Schicht aus PU/Alkydharz. Die
Blasenflüssigkeit besteht aus Wasser mit geringen Anteilen von organischen Bestandteilen.
Schichtaufbau
Baudokumentation ist nicht vorhanden.
Die Blasen stehen unter Druck,
beim Aufstechen tritt die Blasenflüssigkeit in einem hohen Bogen
aus. Die Beschichtung löst sich an
der Trennschicht zwischen Beschichtung und Beton ab. In den
geöffneten Blasen ist der Beton der
Bodenplatte erkennbar.
Nach Laboruntersuchungen besteht die Beschichtung aus insge-
samt 2 Arbeitsgängen. Die unterste
Schicht löst sich nach längerer
Wasserbelastung ab. Die Blasen
sind alle flüssigkeitsgefüllt. Die
Blasenflüssigkeit besteht aus Wasser mit geringen Anteilen von organischen Bestandteilen. Die Beschichtung ist nach Auskunft des
Bauherrn etwa 2 Monate nach Herstellung der Bodenplatte aufgebracht worden.
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Bauschäden
Blasenbildungen
Geöffnete Blase
Ursachen
Zunächst wurde als Ursache der
Blasenbildungen Osmose als Mechanismus vermutet. Die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge
der Osmose sind von Pfeffer erstmals beschrieben worden. Den
Nachweis führte er in einer Versuchsapparatur die nach ihm als
Pfeffer’sche Zelle benannt ist:
Die Tonzelle hat die Eigenschaft,
Wassermoleküle durch zu lassen,
während der Durchgang für Lösungen im inneren der Tonzelle mit
größeren Molekülen und Ionen versperrt wird. Durch einen einseitigen Transport der Flüssigkeit be-
zeichnet man die Membran (Tonzelle) als semipermeable Membran.
Übertragen auf Beschichtungen auf
Beton, müssen für osmotisch generierte Blasen folgende vier Voraussetzungen gegeben sein:
• Wasser als Lösungsmittel,
• ein oder mehrere Beschichtungen
als semipermeablen Membran,
• Haftverbundstörungen in der
Beschichtung,
• Blasenkeime z.B. Verunreinigungen in der Beschichtung.
Nach Untersuchungen aus 2007
von Schadensfällen und Laboruntersuchungen der Mechanismen
von Blasenbildungen bei Reaktionsharzbeschichtungen auf Beton
konnten für die Kontaktzone BetonGrundierung Osmose als Ursache
der Blasenbildung ausgeschlossen
werden. Es wurde nachgewiesen,
dass der kritische Druck je nach
Fehlstellengröße deutlich unterhalb der Haftzugfestigkeit der Beschichtungslage liegt. Die Mechanismen einer Blasenbildung zwischen Beton und Grundierung
können schematisch wie folgt beschrieben werden:
• Veränderung des Epoxidharzes
durch Wasseraufnahme =
Schwächung des Verbundes
• Quellen des Epoxidharzes
durch Wasseraufnahme =
Schwächung des Verbundes
• Separation einzelner
Grundierungsbestandteile
• Kapillardruck aus dem Beton =
Aufhebung des Verbundes und
Blasenbildung
• Aufplatzen der Blasen.
Zeitlicher Ablauf der Entstehung
von Blasen in der Kontaktzone
Beton-Beschichtung:
• Entstehung von Störzonen
infolge von Wechselwirkungen
zwischen Grundierung und
Beton
• Veränderung mechanischer
Eigenschaften des EP-Harzes
durch ansteigenden Wassergehalt
in der Betonrandzone
• Aufbau von Spannungen in der
Kontaktzone durch hygrisches
Quellen des EP-Harzes und zunehmenden Kapillardruck im
Beton
• Entstehung von flüssigkeitsgefüllten Blasen/Hohlräume in der
Kontaktzone.
Pfeffer’sche Zelle
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Bauschäden
Labortechnisch ist eine Delamination von Beschichtungslagen bei einem Kapillardruck im Betonporengefüge von weniger als 0,3 N/qmm
nachgewiesen.
Die Wahrscheinlichkeit einer Blasenbildung zwischen Beton und
Grundierung kann nur im geringen
Maße durch eine entsprechende
Sorgfalt bei der Applikation beeinflusst werden. Der entscheidende
Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit
von Blasenbildungen haben die
Beschaffenheit des Betons (Feuchtegehalt) und die Zusammensetzung der Epoxidformulierung.
Fall A
Die vier Voraussetzungen für osmotisch generierte Blasen sind nicht
gegeben.
Die Ursachen für die Blasenbildungen liegen offensichtlich in einer ungenügenden Untergrundvorbereitung. Die festgestellte unterste
Schicht aus PU/Alkydharz ist als
Grundierung unter Epoxidharz ungeeignet. Höchstwahrscheinlich
wurde eine vorhandene Beschichtung nicht entfernt und eine neue
Beschichtung in mehreren Arbeitsgängen auf den ungeeigneten
Untergrund aufgetragen. Infolge
des fehlenden Haftverbund löst sich
die Beschichtung bei Flurförderverkehr vom Untergrund.
Die Blasenflüssigkeit aus Wasser
stammt vermutlich aus dem nicht
abgetrockneten wässrigen Primer
und/oder aus nicht gebundenem
Wasser aus dem Beton.
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Auf eine weitere Laboruntersuchung wurde aufgrund des Schadenbildes verzichtet.
Die schadhaften Beschichtungen
müssen entfernt und die Bodenplatte neu beschichtet werden.
Fall B
Die vier Voraussetzungen für osmotisch generierte Blasen sind nicht
gegeben.
Die Ablösung erfolgt in der Kontaktzone zwischen Beton und Beschichtung, eine semipermeable
Schicht ist nicht vorhanden.
Hinweis
Zur Vertiefung der Problematik ist
das u.a. DAfStb Heft 576 sehr zu
empfehlen.
Quelle/Literatur
• IRB Verlag Schadis, diverse
Schadensfälle
• DAfStb Heft 576 Mechanismen
der Blasenbildung bei
Reaktionsharzen auf Beton
Dipl. Ing. Andreas Reumschüssel
Braunschweig
Die Ursache der Blasenbildungen
ist offensichtlich der zu hohe
Feuchtegehalt des Betons der
2 Monate nach Herstellung noch
große Mengen von Überschusswasser beinhaltet, dass aus der oberen
Betonzone nur in den Innenraum
austrocknet kann.
In der Kontaktzone zwischen Beton
und Grundierung kommt es zu einem Quellen und Ablösen des
Epoxidharzes. Durch weiteren
Kapillardruck entstehen Blasen, die
bei einem weiteren Aufwölben der
Beschichtung platzen.
Die schadhaften Beschichtungen
müssen entfernt und die Bodenplatte nach einer Feuchtemessung
mit entsprechend niedrigen Feuchtegehalten neu beschichtet werden.
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