Elementwände nach neuer WU-Richtlinie – erste Erfahrungen

In diesem Beitrag soll auf die in der neuen – seit Februar 2018 verfügbaren – WU-Richtlinie enthaltenen erhöhten planerischen und konstruktiven Anforderungen bei WU-Elementwänden eingegangen sowie über erste Praxiserfahrungen mit diesen neuen Regelungen berichtet werden. Lesen Sie hier den ersten Teil; in der BFT 08/2019 wird Teil 2 (u. a. mit konkreten Fallbeispielen) veröffentlicht.

Einleitung

Seit Februar 2018 ist die neue WU-Richtlinie, Ausgabe Dezember 2017 [1] verfügbar. Eine Zusammenfassung der in der neuen WU-Richtlinie enthaltenen Neuerungen kann beispielsweise im DBV-Heft 43 [3] entnommen werden. In diesem Beitrag soll auf die in der neuen WU-Richtlinie [1] enthaltenen erhöhten planerischen und konstruktiven Anforderungen bei WU-Elementwänden eingegangen sowie über erste Praxiserfahrungen mit diesen neuen Regelungen berichtet werden.

Grundsätzlich gilt nach [1]: „Die Innenseiten der Elementwände sowie die Oberseiten der Elementdecken müssen so beschaffen sein, dass der Verbund und eine hohlraumfreie Verbindung zwischen dem Kernbeton und den Elementwandplatten bzw. zwischen Aufbeton und Elementdecke sichergestellt sind und sich somit ein monolithisch wirkendes Bauteil bei Vermeidung eines Wasserdurchtritts zwischen Ortbetonergänzung und Halbfertigteilen ergibt.“

Die erhöhten konstruktiven Anforderungen an WU-Elementwände bestehen in der Forderung nach einer „vollflächigen kornrauen Verbundfläche“ (Elementwand-innenfläche) und der damit einhergehenden Erhöhung der sogenannten mittleren Rautiefe der Elementwandinnenflächen von bisher 0,9 mm [2] auf nunmehr 1,5 mm [1]. Dies gilt im Übrigen auch für WU-Elementdecken.

In [1] neu aufgenommen wurden zudem besondere Anforderungen an die lichten Innenmaße (Mindestdicke der Ortbetonergänzung bzw. bei bestimmten Voraussetzungen Abstand zwischen den Bewehrungslagen in der Ortbetonergänzung - Zulagebewehrung). Als Folge davon kann

die Mindestdicke von WU-Elementwänden nach neuer WU-Richtlinie [1] die bisher regelmäßig geplante Mindestdicke von WU-Elementwänden nach [2] übersteigen bzw.

die Mindestdicke von Elementwänden nach neuer WU-Richtlinie [1] die Mindestdicke von Ortbetonwänden übersteigen.

Forderung nach einer „vollflächig kornrauen Verbundfläche“ sowie Erhöhung der sogenannten mittleren Rautiefe auf 1,5 mm

Eine vollflächig kornraue Verbundfläche kann bei WU-Elementwänden nur mit betontechnologischen Maßnahmen, wie z. B. der Rezeptur (Gesteinskörnung), der Konsistenz sowie einer gezielten Steuerung der Verdichtung erreicht werden (sogenannte rüttelraue Oberfläche). Herstellungsbedingt weist die Innenseite der zweiten Elementplatte in der Praxis häufig eine etwas geringere Rauigkeit auf (siehe Bild 1a). Beide Elementwandinnenflächen müssen vollflächig eine sogenannte mittlere Rautiefe von 1,5 mm aufweisen. Ein manuelles Aufrauen, z. B. mithilfe eines Rechens, ist bei WU-Elementwänden und WU-Elementdecken nicht zielführend, da die Betonoberflächen im Bereich der Gitterträger auf diese Weise nur sehr schlecht bis gar nicht erreicht werden können (siehe Bild 1b).

Vollflächig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass glatte Bereiche unter den Gitterträgern ausdrücklich nicht mit aufgerauten Bereichen dazwischen „ausgeglichen“ werden dürfen. Diese Forderung ist insofern nachvollziehbar, als dass sogenannte Wasserautobahnen im Bereich der Gitterträger vermieden werden sollen.

Gemäß [1] ist die sogenannte mittlere Rautiefe Rt an den Innenoberflächen der beiden Elementwandplatten bzw. den Oberflächen der Elementdecken am erhärteten Beton in Anlehnung an Abschnitt 7.2 der DIN EN 1766:2000-03 [4] auf Basis des Sandflächenverfahrens nach Kaufmann [5] nachzuweisen. Das grundlegende Prinzip dieses Verfahrens ist in Bild 2 dargestellt.

Nach [4] wird gefordert, dass die zu prüfende Oberfläche sauber und trocken sein muss. Der Durchmesser d des Sandfeldes, das sich aus der kreisförmigen Verteilung eines vorgegebenen Sandvolumens V ergibt, ist auf 1 mm genau an drei über den Umfang des Sandfeldes gleichmäßig verteilten Stellen zu messen und der Mittelwert d auf den Millimeter genau zu berechnen. Die Rautiefe in Millimeter ist dann nach Gleichung (1) zu bestimmen.

Rautiefe = 4 × V/(π × d²) = V [ml]/d [mm]² × 1272    (1)

Hinsichtlich der Gleichung (1) ist zu beachten, dass die Begriffe „mittlere Rautiefe“ und „Rautiefe“ im Allgemeinen synonym verwendet werden. Die DIN EN 1766:2000-03 [4] spricht z. B. im Gegensatz zur WU-Richtlinie nur von „Rautiefe“. Dies wird ferner beim Vergleich zwischen der DAfStb-Instandsetzungsrichtlinie [7] und den ZTV-ING [8] deutlich.

DAfStb-Instandsetzungsrichtlinie, Abs. 3.2.5:

„Die mittlere Rautiefe Rt ist definiert als Höhe des gedachten Zylinders mit dem Durchmesser d und dem Sandvolumen V. […] Die mittlere Rautiefe Rt (mm) ergibt sich für das Sandvolumen V (cm³) und den Durchmesser d (cm) des etwa kreisförmig verteilten Sandes zu Rt = 40 × V / (π × d²).“

ZTV-ING, Teil 1-3, Abs. 4:

„Die Rautiefe ist definiert als die Höhe des gedachten zylindrischen Körpers mit dem Kreisdurchmesser und dem Sandvolumen. […] Die Rautiefe Rt [mm] ergibt sich mit dem Sandvolumen V [cm³] und dem Durchmesser d [cm] des etwa kreisförmig verteilten Sandes zu: Rt = 40 × V / (π × d²).“

Im Formblatt B 1.3.3 von Teil 1-3 der ZTV-ING [8] wird ein aus drei Einzelwerten der Rautiefe Rt berechneter Mittelwert als „mittlere Rautiefe Rtm“ angeführt, wobei explizit zwischen dem Index „t“ und „tm“ unterschieden wird. Die Erfassung der „mittleren Rautiefe Rtm“ bezieht sich auf Nr. B 1 im Teil 7–1 der ZTV-ING, wonach während der Bauausführung beim Aufbringen von Brückenbelägen je angefangene 500 m² eine Prüfung, bestehend aus drei Einzelmessungen nach Teil 1-3, durchzuführen und der „Mittelwert der Rautiefe Rtm“ als Kriterium für die Behandlung der Betonoberfläche gemäß Teil 7–1, Abs. 5.5.3 zu ermitteln ist. Für die Anwendung der WU-Richtlinie bedeutet das, dass es sich bei der Forderung nach einer (mittleren) Rautiefe Rt von mindestens 1,5 mm um ein Kriterium handelt, welches für jedes Sandfeld einzeln einzuhalten ist. Dies wird durch die gleichzeitige Forderung nach einer „vollflächig kornrauen Verbundfläche“ bekräftigt. Eine Regelung für einen „Mittelwert der Rautiefe“, indem z. B. bei ungleichmäßigen Betonoberflächen für mehrere Sandfelder (Messpunkte) eine Mittelung vorgenommen wird, ist in der WU-Richtlinie [1] nicht enthalten. Eine solche ist in deren Sinne auch nicht zielführend.

Die Erhöhung der Anforderung an die (mittlere) Rautiefe der Verbundfläche zieht somit automatisch auch erhöhte Anforderungen an die Qualitätssicherung im Fertigteilwerk nach sich. Dies betrifft in erster Linie die Prüfungen im Rahmen der Werkseigenen Produktionskontrolle und deren Dokumentation.

Für die Baustelle ergibt sich hieraus die folgende Verfahrensweise:

Bestellung Elementwände explizit gemäß neuer WU-Richtlinie, Ausgabe Dezember 2017 [1];

Empfehlung: Dokumentation der im FT-Werk durchzuführenden Sichtprüfung mit Bestellung anfordern;

stichprobenartige Sichtprüfung der Elementwände bei Lieferung (z. B. Vergleich mit Referenzplatte), ggf. Messungen.

Durch die stichprobenartige Sichtprüfung auf der Baustelle kann zunächst beurteilt werden, ob eine gewisse Gleichmäßigkeit der Oberflächenstruktur vorliegt. Mit etwas Erfahrung lassen sich auf diese Weise auch WU-Elementwände identifizieren, bei denen ggf. Zweifel an der Einhaltung der geforderten (mittleren) Rautiefe angebracht sind. In diesen Fällen sind eigene Messungen der Rautiefe (mittels Sandflächenverfahren oder ggf. lasergebundenen Verfahren) durchzuführen.

Anforderungen an die lichten Innenmaße bw,i bei WU-Elementwänden

Die neue WU-Richtlinie [1] enthält im Abschnitt 7, Tabelle 1 empfohlene Mindestdicken für WU-Betonbauteile in Abhängigkeit von der Beanspruchungsklasse, der Art des Bauteils sowie der Ausführungsart, siehe Tabelle 1.

Die in Tabelle 1 empfohlenen Mindestbauteildicken beruhen auf langjährigen Erfahrungen. Durch die Einhaltung der Mindestbauteildicken soll ein Kapillartransport durch das WU-Bauteil vermieden (vgl. dazu auch [555]) sowie die Betonierbarkeit des Querschnitts sichergestellt werden, damit die „tragende und dichtende Funktion“ des WU-Bauteils sichergestellt wird, vgl. [1], 7.2 (1).

Die empfohlenen Mindestgesamtdicken für WU-Elementwände und Ortbetonwände sind bei Beanspruchungsklasse 1 (drückendes Wasser) identisch (Tabelle 1, Zeile 1). Bei Beanspruchungsklasse 2 (Bodenfeuchte) sind mit Ortbetonwänden geringere Wanddicken realisierbar als mit Elementwänden (Tabelle 1, Zeile 2).

Neben den empfohlenen Mindestgesamtdicken enthält Tabelle 1 für WU-Elementwände zusätzlich Mindestdicken für die Ortbetonergänzung. Unabhängig von der Beanspruchungsklasse liegen diese Mindestdicken bei WU-Elementwänden bei 120 mm (Tabelle 1, Zeile 1 und 2, Spalte 4, Werte in Klammern bzw. Tabelle 1, Fußnote b), erster Satz). Die Mindestdicken für die Ortbetonergänzungen von WU-Elementwänden von 120 mm wurden unverändert aus der alten WU-Richtlinie [2] übernommen.

In [1], 7.2 (3) werden darüber hinaus Anforderungen an die lichten Innenmaße bw,i zwischen den Innenflächen der Fertigteilwände zur Sicherstellung der Betonierbarkeit und eines fachgerechten Einbaus von innenliegenden Fugenabdichtungen vorgegeben, die für die Beanspruchungsklasse 1 (drückendes Wasser) grundsätzlich einzuhalten sind. Die Anforderungen an die lichten Innenmaße bw,i zwischen den Innenflächen der Fertigteilwände werden im Folgenden mit „normale Anforderungen“ bezeichnet.

Liegen im Ortbeton eine innenliegende Fugenabdichtung und darüber hinaus eine Zulagebewehrung (vgl. 3. Satz in [1] Tabelle 1, Fußnote b)), sind nach [1], 7.2 (3) die lichten Innenmaße bw,i i. d. R. zwischen den Bewehrungslagen im Ortbeton anzusetzen. Die Anforderungen an die lichten Innenmaße bw,i zwischen den Bewehrungslagen werden im Folgenden mit „besondere Anforderungen“ bezeichnet.

Die eigentliche Wandbewehrung liegt bei Elementwänden i. d. R. in den Fertigteilplatten. Als „Zulagebewehrung“ werden im Sinne der WU-Richtlinie alle Bewehrungslagen in der Ortbetonergänzung (Kernbeton) aufgefasst, d. h. eine vertikale Anschluss- und eine gelegentlich zusätzlich „eingefädelte“ horizontale Verteilerbewehrung (vgl. Bild 3). Gegebenenfalls werden im Bereich der Stoßfugen der Wandelemente auch Bügelkörbe oder Stoßmatten eingelegt, die eine horizontale Verteilerbewehrung enthalten. Auch dies ist eine Zulagebewehrung im Sinne der WU-Richtlinie.

Die Werte für die lichten Innenmaße bw,i werden in [1], 7.2 (3) in Abhängigkeit vom Größtkorn der Gesteinskörnung (Dmax) angegeben:

bei Dmax = 8 mm: bw,i ≥ 120 mm;

bei Dmax = 16 mm: bw,i ≥ 140 mm,

bei Dmax = 32 mm: bw,i ≥ 180 mm.

Die angegebenen Werte für bw,i (besondere Anforderungen) gelten gemäß [1], 7.2 (3) nur bei Beanspruchungsklasse 1 (drückendes Wasser).

Durch die besonderen Anforderungen an die lichten Innenmaße (bw,i zwischen den Bewehrungslagen) soll das fachgerechte Betonieren des Kernbetonquerschnitts, d. h. das Einführen des Betonierschlauchs (z. B. für max. 1 m Fallhöhe) und der Rüttelflasche (bis in den Fußpunktbereich) ermöglicht werden. Durch die Zulagebewehrung in der Ortbetonergänzung wird das Einführen des Betonierschlauchs und der Rüttelflasche erschwert. Um entweder ein hohlstellenfreies Einbetonieren innenliegender Fugenabdichtungen (z. B. Fugenbleche) oder einen ausreichend verdichteten Ortbeton im Fußpunktbereich sicherzustellen, wird bei den Anforderungen an die lichten Innenmaße bw,i grundsätzlich unterschieden zwischen:

innenliegenden Fugenabdichtungen und

außenliegender Fugenabdichtung.

Unabhängig von der Anordnung der Fugenabdichtung muss immer ein ausreichend verdichteter und hinterlaufsicherer WU-Ortbeton (Kernbeton) über die gesamte druckwasserbeanspruchte Wandhöhe ausgeführt werden.

Lesen Sie Teil 2 des Fachbeitrags in BFT International 08/2019.


REFERENCES/LITERATUR
[1] DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton – Ausgabe Dezember 2017 (Neuausgabe WU-Richtlinie), u. a. in: DBV-Heft 43 „WU-Bauwerke aus Beton“, Fassung Juni 2018.
[2] DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton – Ausgabe November 2003 (Erstausgabe WU-Richtlinie).
[3] Alfes, Christoph; Fingerloos, Frank; Flohrer, Claus, Kiltz, Denis: Die neue DAfStb-WU-Richtlinie – Neuerungen und Grundlagen von Betonkonstruktionen. – In: DBV Heft 43: WU-Bauwerke aus Beton, S. 35 – 51
[4] DIN EN 1766:2000-03: Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken – Prüfverfahren – Referenzbetone für Prüfungen; Deutsche Fassung EN 1766:2000.
[5] Kaufmann, Norbert: Das Sandflächenverfahren. Ein einfaches Verfahren zur Messung und Beurteilung der Textur von Fahrbahnoberflächen– In: Straßenbau-Technik 24 (1971), Nr. 3, S. 131 – 135.
[6] Schultz, Rolf-Rainer: Fortschritte bei der Rauheitsbewertung von Betonoberflächen. Alternativen zum Sandflächenverfahren. – In: beton 66 (2016), Heft 12, S. 502 – 510.
[7] DAfStb-Richtlinie– Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungsrichtlinie)– Teil 3: Anforderungen an die Betriebe und Überwachung der Ausführung – Ausgabe Oktober 2001.
[8] ZTV-ING – Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten.
[9] DIN 18197:2018-01: Abdichten von Fugen in Beton mit Fugenbändern
[555] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e. V. (DAfStb): Erläuterungen zur DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (inkl. WU-Richtlinie:2003). – In: Heft 555 in der Schriftenreihe des DAfStb. Ausgabe 2006.

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