Dauerhafter Schutz der Kläranlage Dresden-Kaditz

Test bestätigt: Oberflächenschutzsystem ,,MC-RIM“ mit einer Lebenserwartung von über 30 Jahren

Der Schutz der Betonkonstruktion spielt bei abwassertechnischen Anlagen eine besondere Rolle: Die im Wasser gelösten Schadstoffe greifen den Beton an und gefährden so die Tragfähigkeit des Betontragwerkes. Um dies zu verhindern werden hochwertige Oberflächenbeschichtungen eingesetzt. Bislang konnte zur Dauerhaftigkeit dieser Beschichtungen – ohne konkrete Untersuchungen am Bauwerk – nur eine ungenaue oder gar keine Angabe gemacht werden. Ein aktueller Prüfbericht der KIWA MPA Bautest GmbH am Schlammeindicker B 0202 A der Kläranlage Dresden-Kaditz stellt für den mineralischen und zementgebundenen Oberflächenschutz „MC-RIM“ der MC-Bauchemie jetzt konkrete Zahlen vor. Mit einer Haltbarkeitszeit von über 30 Jahren stellt das System einen langlebigen Schutz des Tragwerkes sicher. Dies bestätigten auch bereits zwei zurückliegende Untersuchungsreihen zu MC-RIM.

Die Stadt Dresden betreibt zur Reinigung der anfallenden Abwässer eine Reihe verschiedener Kläranlagen. Die modernste und größte befindet sich in Dresden-Kaditz. In ihr wird das Abwasser von rund 650.000 Menschen aus dem gesamten Stadtgebiet und dem Umland der sächsischen Landeshauptstadt bis an die tschechische Grenze behandelt. Unterschiedliche mechanische und biologische Reinigungsverfahren erzeugen klares Wasser, das unbedenklich in die Elbe eingeleitet werden kann. 1994 entstand eine Schlammbehandlungsanlage, die den anfallenden Schlamm maschinell entwässert und thermisch trocknet. Er kann in Folge zur Energiegewinnung oder im Landschaftsbau eingesetzt werden. Der Schlammeindicker B 0202 A der Kläranlage wurde beim Bau mit dem mineralischen, zementgebundenen Oberflächenschutz MC-RIM von MC beschichtet. Die aufgebrachte Beschichtung sollte den Beton des Bauwerks dauerhaft und konstant vor schädlichen Einflüssen aus den verschiedenen Wässern schützen.

Umfangreiche Testmethoden zur Ermittlung der Lebensdauer der Beschichtung
Die KIWA MPA Bautest GmbH wurde beauftragt, mit Hilfe von geeigneten Laboruntersuchungen den Ist-Zustand der 1994 eingebauten Beschichtung zu ermitteln. Ferner sollte die Dauerhaftigkeit beurteilt und anhand der Untersuchungsergebnisse eine Schätzung zur Lebenserwartung von MC-RIM vorgenommen werden. Dazu galt es, die Umwandlungs- beziehungsweise Karbonatisierungstiefe zu bestimmen. Sowohl die Mörtelmatrix an Anschliffen als auch der Matrixaufbau an Dünnschliffen sollten beurteilt werden. Außerdem wurde zur Beurteilung der Dichtigkeit von MC-RIM die Porosität anhand der Quecksilberdruckporosimetrie bestimmt.

Die Karbonatisierungstiefe gibt Aufschluss darüber, ab welcher Tiefe das basische Milieu eines zementgebundenen Baustoffs noch vorhanden ist. Hier lässt sich feststellen, bis zu welcher Tiefe dieses basische Milieu durch Kohlendioxideintritt zunehmend neutralisiert worden ist und ob infolge dessen nur noch ein unzureichender oder gar kein Schutz der Bewehrung vorhanden ist. Mittels Stereomikroskopie lässt sich durch den getrennten Strahlengang des Lichtmikroskops ein räumlicher Bildeindruck der Mörtelmatrix erzeugen. Das Polarisationsmikroskop wird zur Durchstrahlungen der Dünnschliffe eingesetzt. Durch Untersuchung der verschiedenen optischen Eigenschaften und Farben können so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Probe gezogen werden. Die Quecksilberdruckporosimetrie wird zur Bestimmung der Porengrößenverteilung in porösen Baustoffen verwendet. Sie arbeitet nach dem Prinzip der druckabhängigen Quecksilberintrusion: Quecksilber ist eine nicht benetzende Flüssigkeit, mit einem Kontaktwinkel zu dem Feststoff größer als 90 Grad. Das chemische Element kann somit nur unter Druck in die Poren eindringen. Es wird in die entnommene Probe eingepresst und für jede Druckstufe wird das von der Probe aufgenommene Quecksilbervolumen als Funktion des aufgewendeten Drucks registriert. Zur Bestimmung der Dauerhaftigkeit des Beschichtungssystems MC-RIM wurden aus dem Schlammeindicker insgesamt sechs Bohrkerne entnommen. Die Bohrkerne eins bis drei stammen aus dem Dauerwasser-Schlammbereich, die Bohrkerne vier bis sechs aus dem Luftraum.

Visueller Zustand der Beschichtung
Bei der Bohrkernentnahme wurde die Beschichtung auch visuell auf Veränderungen untersucht. Es konnten keine Risse, Ablösungen oder Gefügestörungen festgestellt werden. Die Beschichtung machte auch nach 17 Jahren einen kompakten und intakten Eindruck. Beim Überstreichen mit dem Hammer wurden keine Hohllagen lokalisiert. Verändert hat sich durch den Dauerkontakt zum Schlamm lediglich die Farbe an der Oberfläche der Beschichtung. Auf die Bestimmung der Haftung zum Untergrund wurde bei den Tests bewusst verzichtet, um die Beschichtung so wenig wie möglich zu durchlöchern. Aufschluss über den genannten Aspekt sollten daher die mikroskopischen Untersuchungen im Labor geben.

Untersuchungen der Bohrkerne
Die festgelegten Untersuchungen sollten eine klare Aussage zum Zustand der Beschichtung geben. Die von der KIWA MPA im Bericht 170/11 vorgelegte Bewertung zeigt, dass die Beschichtung MC-RIM den Beton über den Zeitraum von 17 Jahren hervorragend geschützt hat. Darüber hinaus attestieren die Untersuchungsergebnisse dem Oberflächenschutzsystem der MC-Bauchemie – bei gleichbleibenden Nutzungsbedingungen – eine weitere Lebensdauer von mindestens 15 bis 20 Jahren. Zurückzuführen ist diese Aussage nicht zuletzt auf die Resultate der verschiedenen Tests: So weisen die Beschichtungen der untersuchten Bohrkerne, unabhängig von ihrer Entnahmestelle, lediglich eine Karbonatisierungstiefe von circa zwei Millimeter auf – ein sehr niedriger Wert für einen Beanspruchungszeitraum von 17 Jahren.

Zur Charakterisierung von Gefüge, Struktur und Dichtigkeit des Oberflächenschutzes MC-RIM wurde die Stereo- und Polarisationsmikroskopie eingesetzt. An den untersuchten An- und Dünnschliffen wurde festgestellt, dass die Anbindung der Beschichtung zum Beton stets dicht und fest ist. Die Beschichtung weist außerdem eine dichte und feste Mörtelmatrix auf.

Die Dichtigkeit der Beschichtung wurde nicht nur mikroskopisch sondern zusätzlich auch durch die Bestimmung der Porosität beurteilt. Mit gemessenen Porositäten von 3,0 bis 8,6 Volumenprozent wird MC-RIM dabei eine sehr hohe Dichtigkeit bescheinigt. Die Verteilung der Porenradien im Spektrum sehr kleiner Poren weist zusätzlich auf diese hohe Dichtigkeit hin.

Insgesamt lässt sich aus den Ergebnissen die Schlussfolgerung ableiten, dass die 17-jährige Nutzung des Schlammeindickers durch unterschiedliche Wässer keine wesentlichen Veränderungen der MC-RIM Beschichtung verursacht hat. Ergänzt man dieses Ergebnis mit den Resultaten aus den zuvor durchgeführten Untersuchungen zum Regenüberlaufbecken in Viernheim und zur Kläranlage „Moos“ in Amriswil (Schweiz), so liegt die zu erwartende Lebenserwartung des Oberflächen-Schutzsystems MC-RIM bei 30 bis 35 Jahren. Ein dauerhafter Schutz des Betontragwerkes ist somit gegeben.

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