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Trinkwasserbehältersanierung (Praxisbeispiel: Wasserwerk Severin II, GEW RheinEnergie AG)

Autor: Von Dipl-Ing. (FH) Christoph Gasteiger (Fa. de Graaff Bau GmbH) Bauleitung: GF Karl-Heinz Hambitzer (Fa. de Graaff GmbH) Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Hacker (GEW RheinEnergie AG) Quelle: de Graaff GmbH alle Rechte vorbehalten

   

Vom Hochdruck-Wasserstrahlverfahren über Mörtelauskleidung /Innenbeschichtung bis zur Nachdichtung durch Vergelung

Instandsetzung und Abdichtung eines Trinkwasserbehälters

Objekt
Das Wasserwerk Severin II der GEW RheinEnergie AG liegt in der Südstadt von Köln. Bei dem Wasserbehälter handelt es sich um einen vor 1900 gebauten, unterirdischen Beton-Reinwasserbehälter, bestehend aus zwei Kammern, die zusammen über 20.000 m³ Wasser fassen. Die Decke, mit ~2 m Erdüberdeckung, wurde seiner Zeit als Tonnengewölbe ausgebildet und lagert auf etwa 190 Einzelstützen ohne Monierung. Leer wirkt dieser riesige Behälter wie ein historischer Festsaal, der zudem eine ausgezeichnete Akustik mit sich bringt. Dies wurde bereits im Zuge einiger Konzerte eindrucksvoll in Szene gesetzt.

 

Schadensbild und -ursachen (1977)
Der durch den Krieg geschädigte Behälter wies, neben einigen Bombentreffern, im gesamten Decken- und Wandbereich Rissbildungen von insgesamt 3.650 Meter Länge auf, die zunächst starr gedichtet wurden. Ein geringerer Teil stellte sich als Bewegungsrisse heraus und ist überwiegend auf thermische Verformungen zurückzuführen, da bei dem fast 90 Meter langen und 75 Meter breiten Behälter zu wenig Dehnungsfugen ausgebildet wurden. Die durch die Bombentreffer fehlenden Deckenflächen wurden nach dem Krieg wieder mit Gußbeton ergänzt. Im Laufe der Jahrzehnte hatten sich ferner Inhaltsstoffe des Wassers auf der Innenfläche abgelagert. Die Oberfläche war mehrere Millimeter tief zermürbt. Es fehlte an ca. 2000 m² die Mörtelverschleissschicht, so dass der Konstruktionsbeton ungeschützt frei lag.

Schadensbild und -ursachen (2001)
Bewegungsrisse sind die Schwachstellen der einst schlecht verdichteten Gewölbedecken, besonders im Ansatzbereich der Stützen. Gut 20 Jahre nach den ersten Sanierungsarbeiten deuteten Kalkhydratläufer an einzelnen Rissen auf die Notwendigkeit einer weiteren Sanierungsmaßnahme hin.

Schadensbild und -ursachen (1977)
Der durch den Krieg geschädigte Behälter wies, neben einigen Bombentreffern, im gesamten Decken- und Wandbereich Rissbildungen von insgesamt 3.650 Meter Länge auf, die zunächst starr gedichtet wurden. Ein geringerer Teil stellte sich als Bewegungsrisse heraus und ist überwiegend auf thermische Verformungen zurückzuführen, da bei dem fast 90 Meter langen und 75 Meter breiten Behälter zu wenig Dehnungsfugen ausgebildet wurden. Die durch die Bombentreffer fehlenden Deckenflächen wurden nach dem Krieg wieder mit Gußbeton ergänzt. Im Laufe der Jahrzehnte hatten sich ferner Inhaltsstoffe des Wassers auf der Innenfläche abgelagert. Die Oberfläche war mehrere Millimeter tief zermürbt. Es fehlte an ca. 2000 m² die Mörtelverschleissschicht, so dass der Konstruktionsbeton ungeschützt frei lag.

Schadensbild und -ursachen (2001)
Bewegungsrisse sind die Schwachstellen der einst schlecht verdichteten Gewölbedecken, besonders im Ansatzbereich der Stützen. Gut 20 Jahre nach den ersten Sanierungsarbeiten deuteten Kalkhydratläufer an einzelnen Rissen auf die Notwendigkeit einer weiteren Sanierungsmaßnahme hin.

Schadensbehebung (1977)
Eine komplette Sanierung der Innenflächen, zur Gewährleistung einer weiterhin hohen Trinkwasserqualität, war das Ziel. Die Innenflächen des Behälters mußten von Ablagerungen und mürbem Mörtel befreit werden. Diese fehlenden Mörtelflächen (rund 6.600 m²) wurden anschließend mit einer rein mineralischen Mörtelverschleissschicht, wie heutzutage üblich, in einer Dicke von ca. 5 mm ersetzt. Des Weiteren wurden etliche Meter Risse (meist im Gewölbe) aufgeweitet und anschließend dichtend vermörtelt. Um diese Maßnahmen mit einem möglichst geringen Arbeitsaufwand bewerkstelligen zu können, wurde erstmals im Bauwesen, auf das damals weitgehend unbekannte Hochdruckwasserstrahlen zurückgegriffen. Mit ca. 650 bar Punktstrahl wurden die Risse aufgeweitet und die gesamten mürben Oberflächen mit 35° Flächenstrahl bis auf den tragfähigen Untergrund abgetragen. Um die langen Wege im 4,5 Meter hohen Behälter schnellstmöglich überbrücken zu können, wurden elektrisch fahrbare Gerüste verwendet.

Nach unbefriedigenden Versuchen mit einer Innenkunststoffbeschichtung fiel die Entscheidung schnell zugunsten einer Spezialbeschichtung auf Zementbasis. Auch der heutige Stand der Technik zeigt, daß sich rein mineralische, zementgebundene Innenbeschichtungen, wie seit Jahrtausenden verwendet, im Trinkwasserbereich bewährt haben. Über 20.000 m² Wände, Decken und Bodenflächen wurden allein in den Wasserkammern so beschichtet.
Wurden früher den Dichtungsschlämmen organische Zusätze hinzugefügt um sie leichter verarbeiten zu können, so ist man heute auf dem Wissensstand, daß aufgrund des Verkeimungsrisikos dieser Zusätze und partieller Aufweichung der Oberfläche auf organische Zusätze gänzlich verzichtet werden muss. Schon damals wurde dies im Wasserwerk Severin II, bei den rund 6.600 m² Mörtelauskleidungen umgesetzt.

Schadensbehebung (2001)
Das Instandsetzungskonzept wurde von der Fachabteilung der GEW RheinEnergie AG zusammen mit der Fa. DeGraaff ausgearbeitet. Sie entschieden sich für die Vergelung der Risse und Hohlräume, da eine neue Behälterdecke sowie ein Freilegen der Gewölbe mit anschließender Abklebung aus Kostengründen ausschied. Entsprechend Rissweite und Porosität des Betons wurden im Abstand von ca. 30 cm, Injektionskanäle von der Behälterinnenseite angelegt, bei flächigen Bereichen rasterförmig. Nach Setzen von Bohrpackern wurden abbindende Kunststoffe überwiegend vor die Außenfläche, teilweise aber auch in die Hohlräume des porenreichen Betons, gepresst. Das zunächst wasserförmige Harz folgt dem Weg des Wasserverlaufs und füllt Hohlräume gelartig abbindend aus. Dehnungsfugenband-ähnlich wird auf diese Weise der Wasserfluss bereits an der Eintrittstelle abgedichtet und Stauräume werden gleichzeitig aufgefüllt.

Hochdruckwasserstrahlen:
Schon 1977 setzten wir unseres Wissens nach als erste Firma im Bauwesen überhaupt, dass Hochdruckwasserstrahlen im Bereich der Oberflächenbehandlung und Rissaufweitung ein. 650 bar, erzeugt durch 100 PS, waren damals die Grenze des Machbaren. Heute können mehrere Millimeter oder Zentimeter der Betondeckung mit bis zu 3000 bar abgetragen werden. Ein wichtiger Effekt ist auch das Absprengen angelöster Betonteile, z.B. durch Stahlkorrosion. Der Wasserstrahl geht in feine Risse und drückt lösbares durch hydraulische Kräfte ab.

Die GEW RheinEnergie AG (vormals GEW Köln AG) arbeitete 1976 das Instandsetzungskonzept gemeinsam mit der Fa. de Graaff aus. Aufgrund der innovativen Problemlösung und der zufriedenstellenden Ausführung kam die GEW RheinEnergie AG auch im Jahr 2001 auf uns zu. Erneut konnte die Problematik mit einer individuellen Lösung behoben werden.
Wir sind stets bemüht Probleme sinnvoll und kostengünstig zu lösen und garantieren eine fachmännische Ausführung.

Ansprechpartner:
Herr Dipl.-Ing. (FH) Christoph Gasteiger

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