solidian: Carbon-Beton bewährt sich bei Brückensanierung

Die Carolabrücke ist ein wichtiges Element des Dresdner Stadtverkehrs. Umwelteinflüsse und Witterung haben ihr im Laufe der Jahre sehr zugesetzt, eine grundlegende Instandsetzung war unumgänglich. In diesem Zusammenhang sollte die Brücke zudem verbreitert werden. Bei den Baumaßnahmen setzen die Verantwortlichen Bewehrungen aus Carbon ein. Der innovative Baustoff hat hier die Aufgabe, die Rissbreite zu reduzieren.

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Die Carolabrücke wurde 1971 errichtet, ist insgesamt 32 m breit und besteht aus drei getrennten Brückenzügen. Auf ihr verlaufen vier Fahrspuren der B 170, zwei Straßenbahngleise sowie zwei Fuß- und Radwege. 2018 ermittelte die Stadtverwaltung, dass täglich ca. 38 000 Fahrzeuge und 4 600 Räder über die Brücke fahren. Der Überbau war 1996 letztmalig saniert worden. Eine Vielzahl von Vorschäden, resultierend aus der mangelhaften Unterhaltung zu DDR-Zeiten und üblicher Verschleiß führten dazu, dass die gesamte Brücke vor einer grundlegenden Instandsetzung stand. Diese ist in drei Bauabschnitten geplant, begonnen wurde mit dem Brückenzug A, der den schlechtesten Erhaltungszustand aufwies. Um den geänderten Vorschriften und dem erhöhten Radverkehrsaufkommen Rechnung zu tragen, war das Ziel in diesem Zusammenhang, den Geh- und Radweg auf der Oberstromseite von 3,6 m auf 4,25 m zu verbreitern.

Sanierungsmaßnahmen in Angriff nehmen

Der Auftrag ging an die Bautzener Firma Hentschke Bau, die in den letzten Jahren gezeigt hatte, im Betonbau neue Verfahren und innovative Produkte einzusetzen. Bei der Carolabrücke zählte zu den Aufgaben des Unternehmens, den Fahrbahnbelag einschließlich der Brückenabdichtung zu erneuern, schadhafte Stellen am Spann­betontragwerk instand zu setzen, die Übergangskonstruktionen der Fahrbahn auszutauschen und die Brückenentwässerung funktionsfähig zu machen. Besonderes Augenmerk lag auf der neuen, deutlich verbreiterten Brückenkappe auf der Oberstromseite. Bei ihr handelt es sich üblicherweise um nicht tragende Elemente, die auf dem tragenden Brückenquerschnitt aufliegen. Sie schützen die tragende Brückenkonstruktion an den Bauwerksrändern und dienen beispielsweise als Fahrrad- und Fußweg. Auf ihnen werden meist die Brückengeländer und die Beleuchtung montiert.

Bei dem Dresdner Ingenieurbau waren die Brückenkappen besonders in Mitleidenschaft gezogen, da sie bei der letzten Sanierung nicht mit erneuert worden waren. Sie wurden ausgetauscht und durch breitere ersetzt. Durch die Verbreiterung kragt die neue Kappe stark aus und wird selbst zur tragenden Konstruktion. Die Herstellung auf einem üblichen Schalgerüst war über der Elbe und der relativ großen neu herzustellenden Auskragung nicht möglich.

Zwei Materialien eingebaut

Als Lösung sah die Planung daher eine Halbfertigteillösung vor. Die Unstetigkeiten im Kappenquerschnitt, die auf den vielen Stoßfugen der Fertigteile basieren, stellten ein hohes Risiko bezüglich der Rissbildung in der fertigen Kappe dar. Dies könnte zur Reduzierung der Dauerhaftigkeit führen. Um dem entgegen zu wirken, wurde oberflächennah eine zusätzliche Nichteisenbewehrung angeordnet. Da es sich hier um einen ersten Großversuch handelt, wurden zwei verschiedene Materialien, Carbon- und Basaltbewehrungen, eingebaut. Hierbei soll geprüft werden, wie gut sich die Materialien verarbeiten lassen und wie sie sich langfristig verhalten. Um einen objektiven Vergleich zu ermöglichen, bestand der Auftraggeber auf der Verarbeitung des üblichen Kappenbetons. Versuche, die die TU Dresden an Probekörpern durchführte, haben gezeigt, dass im Vergleich zu konventionell bewehrten Bauteilen die Rissweite etwa halbiert werden kann. Dadurch verringert sich das Korrosionsrisiko und die Lebensdauer des Bauteils wird verlängert. Im Folgenden werden speziell die Erfahrungen mit der Carbonbewehrung vertieft.


Ressourcenschonendes Arbeiten

Der relativ neue Baustoff verspricht zahlreiche Vorteile – der wichtigste: Er korrodiert nicht! Um die Armierung bei einer herkömmlichen Stahlbetonkonstruktion vor dem Rosten zu schützen, ist es erforderlich, sie mit einer mindestens 5 cm dicken Betonschicht zu überdecken. Bei Carbon hingegen dient der Beton lediglich dazu, die Bewehrung mit dem restlichen Bauwerk kraftschlüssig zu verbinden. Dadurch kann die Betonmenge reduziert werden. Damit sind leichtere und schlankere Bauteile möglich. Infolgedessen werden unter anderem weniger Zuschlag, Zement und Wasser verwendet, was nicht nur die Baukosten reduziert, sondern sich auch positiv auf die Umwelt auswirkt. Zudem hat die Carbonbewehrung selbst ein wesentlich geringeres Gewicht als eine Bewehrung aus Stahl. Das erleichtert ihren Einsatz enorm. Da die Bewehrung nicht korrodiert, werden Gebäude oder Bauteile aus diesem Material als äußerst wartungsarm erwartet.

Rissreduzierung im Blick

Risse im Stahlbeton sind normal. Bei auf Zug oder Biegung belasteten Stahlbetonbauteilen gehören sie zum Prinzip der Lastabtragung. Doch zu viele und zu große Risse beeinträchtigen Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit der Betonelemente. Damit dies vermieden wird, sahen die Verantwortlichen vor, dünne Carbonbetonmatten in die obere Betonschicht einzuarbeiten. Um herauszufinden, welches Produkt sich am besten für diese Aufgabe eignet, führten sie mit mehreren Carbonbewehrungen Vorversuche im Maßstab 1:1 durch. Hier wurde untersucht, wie gut sich das jeweilige System einbauen lässt, wie viel Zeit dafür erforderlich ist, ob die Baustellenmannschaft besonders geschult werden muss und vieles mehr.

Einzelne Carbonstäbe

Dabei schnitt die Bewehrungsmatte Solidian Remat besonders gut ab. Sie besteht aus einzelnen Carbonstäben, die mittels spritzgegossener Verbindungspunkte zu einem Gitter verknüpft werden. Da sie zahlreichen Chemikalien, Salzwasser und anderen Angriffen standhält, gilt sie als prädestiniert für den Einsatz im Brückenbau. Sie soll überall dort überzeugen, wo hohe Belastungen auftreten und Bauteile dauerhaft aggressiven Umwelteinflüssen wie Tausalzen ausgesetzt sind.

Der Hersteller bietet die Solidian Remat in einer Länge von 6 m und einer Breite von 2,3 m an. Die Standardmatten haben einen Stabdurchmesser von 4 mm bis 12 mm und einen Gitterabstand von 150 mm. Auf Wunsch fertigt Solidian sie auch mit anderen Stabdurchmessern und Gitterabständen. Bei der Carolabrücke wurde sie mit einem Gitterabstand von 100 mm und ein Stabdurchmesser von 4 mm eingesetzt.

Die neuen Brückenkappen montieren

Bevor die neuen Brückenkappen montiert werden konnten, mussten die Mitarbeiter von Hentschke Bau zunächst die alten rückbauen. Erst nach den Betonsanierungen und der Herstellung der neuen Abdichtungsebene war es möglich, die Fertigteile auf die äußeren Ränder der Brücke zu heben und die ergänzende Stahlbewehrung anzubringen. Auf dieser befestigten sie mithilfe von Abstandhaltern die Carbonbewehrung von Solidian. Um die Rissbreite gering zu halten, sollte diese möglichst weit oben im Beton integriert werden.

Ursprünglich war eine Betondeckung von lediglich 1 cm vorgesehen. Die Vorversuche ergaben, dass dies unter Berücksichtigung der erforderlichen Einbautoleranzen nicht realisierbar war. Daher einigte man sich auf eine planmäßige Betondeckung von nur 2 cm. Die Kappe auf der Oberstromseite ist fertiggestellt, Geländer und Beleuchtung sind montiert. Anschließend wird die Kappe auf der Unterstromseite erneuert. Der Brückenzug soll Mitte des Jahres fertig sein, die Sanierung der beiden anderen Brückenzüge soll in den Folgejahren fortgesetzt werden.    t

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