Anforderungen an Sekundärbarrieren aus Beton in Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen; Teil 3 - MPVA Neuwied
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FD- und FDE-Beton
Beurteilung der Dichtheit bestehender Bodenplatten in Bauwerken
Anforderungen an Sekundärbarrieren
aus Beton in Anlagen zum Umgang
mit wassergefährdenden Stoffen; Teil 3
Karl-Uwe Voß, Neuwied
Der zweite Teil der Artikelserie beschäftigte sich mit der Ermittlung der mittleren und charakteristischen Eindringtiefen von
FD-Betonen (flüssigkeitsdichten Betonen ohne Eindringprüfung). Hierbei wurde detailliert auf die Anforderungen an den „un-
gerissenen Bauteilquerschnitt“ und die „zu schützende Fugenflanke“ sowie auf die sich hieraus abgeleiteten „Bemessungs-
werte der Eindringtiefe“ eingegangen. Abschließend wurde detailliert auf die Probleme bei der Durchführung der Eindring-
prüfung an Betonen zum Nachweis der Eindringtiefe wassergefährdender Stoffe (FDE-Prüfung) eingegangen. Im dritten Teil
der Artikelserie wird erläutert, wie die Eindringtiefe ölartiger Bestandteile im Rahmen der Nutzungszeit ermittelt werden
kann. Abschließend wird ausgeführt, was beim Nachweis der Eindringtiefe wassergefährdender Stoffe an Bauwerksproben
zu beachten ist.
1 Im Rahmen der Nutzung gen Regelwerk ist aber nicht geregelt, mit- 1.1 Mineralöle
in den Beton eingedrungene tels welcher Nachweismethoden die bereits In der Praxis werden Betonplatten z.B. von
wassergefährdende Stoffe im Objekt erfolgte Kontamination durch die Industrieböden, Tankflächen oder auch Tra-
Die BUmwS [1] dient dem Zweck, die wassergefährdenden Stoffe zu ermitteln ist. fohäusern im Rahmen der Nutzung häufig
charakteristische Eindringtiefe wasserge- Bei der Auswahl geeigneter Verfah- einer Einwirkung von Mineralölen ausge-
fährdender Stoffe in Beton zu bestimmen ren zum Nachweis der Eindringtiefe ist die setzt, sodass diese bereits in der Nutzungs-
bzw. festzulegen. Darüber hinaus kann die Art der wassergefährdenden Stoffe von ent- zeit in die Oberfläche der Betone eingedrun-
BUmwS [1] aber auch sinngemäß dazu he- scheidender Bedeutung. Aus diesem Grunde gen sein können. Wie schon in der Einfüh-
rangezogen werden, die „Flüssigkeitsun- kann nicht ein einheitliches Verfahren zum rung dieses Artikels ausgeführt wurde, kann
durchlässigkeit“ von Bauwerksbetonen aus Nachweis aller wassergefährdenden Stoffe die bereits im Objekt erfolgte Einwirktiefe
Bestandsobjekten zu bewerten (s. Abschnitt herangezogen werden (s. auch Abschnitt der Mineralöle im Rahmen einer rein quali-
2). In der BUmwS [1] sind aber keine Ver- 2.2 aus dem 2. Teil dieser Artikelserie in tativen Untersuchung z.B. durch Ansprühen
fahren zum Nachweis bereits im Rahmen beton 1+2/2021). mit Schwefelsäure und anschließendem Ab-
der Nutzung in den Beton eingedrunge- Vergleichsweise einfach ist der qualitative flämmen ermittelt werden (Bild 1).
ner wassergefährdender Stoffe enthalten. Nachweis der Eindringtiefe von Mineralölen Soll die Einwirktiefe der Mineralöle
Trotzdem kann es sinnvoll sein, die während oder ähnlichen Substanzklassen. Entspre- quantitativ ermittelt werden, so bietet sich
der Nutzung bereits erfolgte Eindringtiefe chende Nachweise können an gesondert ent- stattdessen die Bestimmung der tiefenab-
wassergefährdender Stoffe vor Beginn der nommenen Bohrkernen z.B. durch Ansprü- hängigen MKW-Gehalte (Gehalte an Mi-
Dichtheitsprüfung zu ermitteln. hen mit Schwefelsäure und anschließendem
Werden Proben zur Durchführung von Abflämmen (s. Verfahren 3 aus Abschnitt
Eindringprüfungen verwendet, die während 2.2 des 2. Teils dieser Artikelserie) erfolgen. Der Autor:
der Nutzung bereits mit wassergefährden- Soll die Kontamination durch Mineralöle Dr. rer. nat. Karl-Uwe Voß studierte Chemie
den Stoffen kontaminiert wurden, so wer- nicht nur qualitativ, sondern auch quantita- an der Westfälischen Wilhelms-Universität, Münster.
den im Rahmen der Prüfung ggf. größere tiv ermittelt werden, so können die Gehalte Nach der Promotion war er beim ZEMLABOR
Eindringtiefen vorgetäuscht, die tatsächlich an Mineralölen z.B. durch die Bestimmung in Beckum als Sachbearbeiter und stellvertre-
aber nicht während der Beaufschlagungs- der tiefenabhängigen MKW-Gehalte erfol- tender Prüfstellenleiter tätig. Anschließend war
zeit der Prüfung in den Beton eingedrun- gen. Bei anderen organischen Verbindungen er technischer Geschäftsführer der Duisbur-
gen sind. kann stattdessen die Bestimmung der tie- ger Überwachungsverbände und des Baustoff
Um regelwerkskonforme Ergebnisse zu fenabhängigen TOC-Gehalte sinnvoll sein. überwachungsvereins Nordrhein-Westfalen BÜV
erhalten, muss der bereits kontaminierte Allerdings ist die hohe Nachweisgrenze die- NW, bevor er als Prüfstellenleiter zum ZEMLABOR
Beton von der Prüfung abgetrennt und nur ses Verfahrens nachteilig. Darüber hinaus zurückkehrte. Seit 2002 ist er Geschäftsführer
der nicht kontaminierte Beton zur Durch- werden im Rahmen dieser Prüfung auch die und Institutsleiter der Materialprüfungs- und
führung der Prüfung verwendet werden. im Beton enthaltenen organischen Bestand- Versuchsanstalt Neuwied Forschungsinstitut für
Wie diese Ausführungen zeigen, ist die teile (Zusatzmittel) miterfasst, was zu einer vulkanische Baustoffe GmbH. Dr. Karl-Uwe Voss
Kenntnis der bereits vorliegenden Kontami- deutlich reduzierten Trennschärfe zwischen ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachver-
nationstiefe des Betons wichtig, um Fehl- kontaminierten und nicht kontaminierten ständiger für den Bereich „chemische Analyse
beurteilungen zu vermeiden. Im einschlägi- Bereichen beiträgt. zementgebundener Baustoffe“.
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2.1 Nachträglicher Nachweis
für Wasserbehörden
Gerade bei Bestandsflächen von Tankstel-
len war in der jüngeren Zeit häufiger sach-
verständig die Frage zu beantworten, ob die
bestehende Sekundärbarriere eine ausrei-
chende „Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ z.B.
gegenüber AdBlue besitzt. Aus rein wasser-
rechtlicher Sicht ist diese Frage auch absolut
sinnvoll, da die zu erwartende Eindringtiefe
von AdBlue ((σ/η) 0,5-Verhältnis von 6,8)
deutlich größer ist als die z. B. von Diesel-
kraftstoff ((σ/η) 0,5-Verhältnis von 3,2).
Wie in Abschnitt 2.5 des 2. Teils die-
ser Artikelserie ausgeführt wurde, ist diese
Fragestellung so aber weder sinnvoll noch
Bild 1: Eindringtiefe von Mineralölen (schwarze Teilflächen) nachgewiesen durch Ansprühen mit sachgerecht zu beantworten, da die Ein-
Schwefelsäure und anschließendem Abflämmen dringtiefe des Hauptwirkstoffs von AdBlue
(Harnstoff) in Betonbauteilen weder im
Objekt noch im Rahmen der Laborprüfung
Tafel 1: Ergebnisse der Bestimmung der tiefenabhängigen MKW-Gehalte tatsächlich nachweisbar ist. Vielmehr wird
Entnahmetiefe MKW-Gehalt
der Harnstoff bei dem im nicht carbonati-
[mm] [mg/kg] sierten Beton vorliegenden pH-Wert von >
12 chemisch zersetzt, wobei Ammoniak und
0 bis 15 500 Kohlensäure entsteht. Aus diesem Grunde
macht die Bestimmung der Eindringtiefe
Estrich
von AdBlue an nicht carbonatisierten Beto-
> 15 bis 30 300 nen aus Bauwerken aus technischer Sicht
keinen Sinn.
Beton > 30 bis 45 13350 Aus technischer Sicht ist abweichend zur
BUmwS [1] zu empfehlen, die Eindring-
tiefe z.B. von Dieselkraftstoff oder Mine-
ralöl an Bauwerksproben aus dem Objekt
neralölkohlenwasserstoffen) an. Bei einem sprechenden Dichtheitsnachweise für den zu ermitteln und mit der Soll-Eindringtiefe
Industrieboden war beispielsweise von der Beton vorliegen; dieser Stoffe gemäß der Grenzlinie der Ein-
Beaufschlagung mit Maschinenölen im n Dichtflächen aus Beton sollen instandge- dringtiefe der BUmwS [1] zu vergleichen.
Rahmen der Nutzung auszugehen, so dass setzt werden und es stellt sich die Frage, Über die Steigung der Grenzlinie (s. Bild 1
die tiefenabhängigen MKW-Gehalte exem- ob die gesamte Bodenplatte zurückge- aus dem 2. Teil dieser Artikelserie) kann
plarisch an einem Bohrkern ermittelt wur- baut werden muss oder ob „kleinflächige“ die Eindringtiefe von AdBlue dann über
den (Tafel 1). Instandsetzungen z.B. von Rissen ausrei- die (σ/η) 0,5-Verhältnisse der Flüssigkeiten
Die in Tafel 1 dargestellten Ergebnisse chen; berechnet werden. Auf Basis dieser Unter-
zeigen, dass der Estrich nachträglich auf n Im Rahmen von Rechtsstreitigkeiten suchungsergebnisse kann der Bemessungs-
einen „belasteten“ Beton aufgebracht worden ist nachzuweisen, ob ein geeigneter und wert der Eindringtiefe anschließend auch
war. In der jüngeren Vergangenheit sind aber bestellungskonformer Beton zur Her- für AdBlue abgeschätzt werden.
keine signifikanten Mengen an Maschinen- stellung der Sekundärbarriere einge-
ölen mehr in den Estrich eingedrungen. Die setzt wurde und ob der Beton eine ausrei- 2.2 Instandsetzung einer Bestandsfläche
MKW-Belastung des oberflächennahen chende Dichtheit aufweist. Bei dem nachfolgenden Beispiel wollte der
Betons ist als sehr hoch zu beurteilen, wes- Im Folgenden werden exemplarische Bei- Bauherr wissen, ob ein als Sekundärbarriere
halb der oberflächennahe Beton aufgrund spiele für diese Fälle dargestellt. verwendetes Produktionsbecken aus B eton
der MKW-Belastung sogar der Deponie- (Bild 2), in das im Rahmen der Produktion
klasse > Z 2 zuzuordnen war. Im Gegen- immer wieder organische Substanzen ein-
satz dazu wies der Estrich keine signifikante geleitet wurden, vollständig zurück gebaut
Kontamination durch Mineralöle auf. werden muss, oder ob nur die lokal auftre-
Um die tatsächliche Eindringtiefe zu tenden Risse zu verpressen wären. Auch in
ermitteln, hätten im dargestellten Beispiel
weitere Entnahmetiefen auf deren MKW-
Gehalte untersucht werden müssen, wor-
auf seitens des Auftraggebers aber verzich-
tet wurde.
2 Bewertung der
„Flüssigkeitsundurchlässigkeit“
von bestehenden Bodenplatten
Die „Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ beste-
hender Bodenplatten ist u.a. dann zu beur-
teilen, wenn eine der nachfolgenden Voraus-
setzungen gegeben ist:
n Die Wasserbehörden fordern entspre-
chende Nachweise für die bestehende
Sekundärbarriere, z.B. wenn auf Basis
der vorliegenden Unterlagen keine ent- Bild 2: Zu beurteilendes Produktionsbecken
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Tafel 2: Ergebnisse der Dichtheitsprüfung Anmerkung: Bei Stahlfaserbetonen han-
Eingedrungene Menge [ml] delt es sich gemäß der BUmwS [1] um FDE-
in Prüfkörper Nr. Betone, für die in jedem Fall eine Dicht-
Einwirkdauer [h]
heitsprüfung vorgelegt werden muss.
1 2 3 Mittelwerte Es zeigte sich, dass das im Rahmen der
0 0,0 0,0 0,0 0,0 Prüfung eingesetzte Mineralöl eine Ein-
dringtiefe von im Mittel 55 mm bei Einzel-
1 0,0 0,1 0,1 0,1 werten von 50 mm, 51 mm und 65 mm auf-
2 0,1 0,6 0,6 0,4 wies (Bild 4). Wie Jaeger bereits in [2] erläu-
terte, darf der wassergefährdende Stoff in
4 0,2 0,7 1,0 0,6 der maßgebenden Beanspruchungsdauer
8 0,4 1,0 1,6 1,0 gemäß der TRwS 786 [3] nicht tiefer als bis
zu 2/3 in die Betondichtkonstruktion ein-
24 1,0 3,2 3,4 2,5
dringen.
28 1,2 3,6 3,6 2,8 Da die Betonplatte im vorliegenden Streit-
fall eine Dicke von ca. 25 cm aufwies, war
32 1,4 4,2 4,2 3,3
somit festzustellen, dass die Bodenplatte
48 2,0 6,2 5,4 4,5 im Sinne der TRwS 786 [3] eine ausrei-
chende „Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ be-
52 2,1 6,6 5,6 4,8
saß. Es war demnach zwar kein bestel-
56 2,2 6,8 5,8 4,9 lungskonformer Beton geliefert worden (der
72 3,2 8,2 6,8 6,1 FDE-Nachweis fehlte), allerdings wies der
Beton der Bodenplatte im Objekt eine aus-
80 3,8 8,6 7,4 6,6 reichende „Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ auf.
96 3,8 8,6 7,4 6,6 Anmerkung: Bei der oben dargestellten
Bewertung wurden Anforderungen an die
104 4,8 9,4 8,2 7,5 „geschützte Fugenflanke“ nicht berücksichtigt.
144 7,6 10,8 10,0 9,5
3 Nachweis der Schädigungstiefe
Eindringtiefe nach Versuchsende [mm] > 147 > 124 120 – Weisen die wassergefährdenden Stoffe beton-
Mittelwert der Eindringtiefen e144m [mm] > 130 angreifende Eigenschaften auf, dann muss
zusätzlich zur „Flüssigkeitsundurchlässig-
Charakteristische Eindringtiefe keit“ auch die Schädigungstiefe bei der Pla-
> 176
e144k = 1,35 x e144m [mm]
nung von Sekundärbarrieren aus Beton be-
rücksichtigt werden.
Anmerkung: Es existiert keine allgemeine
diesem Fall wurde das Eindringverhalten 2.3 Nachweis, ob ein geeigneter Festlegung zur Bewertung der betonang
des vor Ort anstehenden wassergefährden- Beton zum Einsatz gekommen ist reifenden Eigenschaften von Flüssigkeiten.
den Stoffs an ungerissenen Bohrkernen Bei dem dritten Beispiel wurde die Boden- Zwar ist bekannt, dass Säuren zement-
untersucht, wobei die in Tafel 2 dokumen- platte einer Autowerkstatt unter Verwen- gebundene Baustoffe wie Betone üblicher-
tierten Ergebnisse ermittelt wurden. dung eines Stahlfaserbetons hergestellt, weise angreifen, allerdings sind auch kom-
Wie diese Ergebnisse zeigen, wies der für den keine Erstprüfung als Nachweis plexbildende Säuren bekannt, die keinen
Beton der Auffangwanne nur eine geringe der „Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ vorlag. chemischen Angriff auf Betone ausüben.
„Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ auf, sodass Im Rechtsstreit klagte der Eigentümer ge- Noch komplizierter verhält es sich bei
im beschriebenen Fall eine Komplett gen die ausführende Firma, wobei der Sach- anderen (nicht säurehaltigen) Substanzklas-
sanierung (Rückbau, vollständige WHG- verständige u.a. die Frage zu beantworten sen. Aus diesem Grunde sind zur Beurtei-
Beschichtung inkl. Untergrundvorbereitung hatte, ob die Bodenplatte (Bild 3) die ge- lung der betonangreifenden Eigenschaften
oder Einbau einer Stahlwanne) erforderlich schuldete „Flüssigkeitsundurchlässigkeit“ auf- der Flüssigkeiten entsprechende Fachleute
war. weist. einzuschalten. Im Einzelfall kann sogar die
Bild 3: Zu beurteilender Werkstattboden Bild 4: Nachweis der Eindringtiefen (schwarze Bereiche)
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Bild 5: Nachweis der Schädigungstiefe mit Phenolphthalein
Durchführung von Untersuchungen zum pH-Wert-Indikator (Phenolphthalein) nicht habens der „Deutschen wissenschaftlichen
Nachweis des Betonangriffs (der Schädi- möglich. Gemäß der BUmwS [1] müssen die Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle
gungstiefe) erforderlich werden. Proben in diesem Fall auf deren Druckfestig- (DGMK)“ ausgewertet wurden, in dem das
Soll die Schädigungstiefe konkret nach- keit geprüft und die ermittelten Ergebnisse Verhalten der Fugenumläufigkeit praxisnah
gewiesen werden, so hat die Prüfung nach mit der Druckfestigkeit von in Wasser gela- an Probekörpern untersucht wurde. Dabei
Abschnitt A.4 der BUmwS [1] zu erfolgen, gerten Referenzproben verglichen werden. wurde festgestellt, dass aus den ungeschütz-
wobei die Prüfung nur für die Bewertung Die Schädigungstiefe wird dabei aus dem ten Fugenflanken (unterhalb der Fugen-
der Schädigungstiefe starker Säuren (Nach- Festigkeitsverlust der im wassergefährden- schutztiefe) kein Kraftstoff als Flüssigkeit
weis der Schädigungstiefe mit Phenolphtha- den Stoff eingelagerten Proben berechnet. austrat, obwohl die Eindringtiefe im Beton
lein) ausgelegt ist. Aufgrund der geringen Genauigkeit die- größer als die geschützte Fugenflanke war.
Bei ruhenden oder nur leicht bewegten ses Verfahrens erscheint eine Bewertung der Diese Aussage gilt gemäß der Stellung-
Säuren darf auf die Prüfung verzichtet wer- Schädigungstiefe z.B. über die dünnschliff- nahme des BMU lediglich für normge-
den, wenn die Beaufschlagungszeit maxi- mikroskopische Bestimmung der Schädi- rechte Ottokraftstoffe, nicht jedoch für
mal 72 Stunden beträgt und planerisch eine gungstiefe des Betons aber deutlich sinn andere wassergefährdende Stoffe. Bei visko-
mittlere Schädigungstiefe von 5 mm ange- voller. seren und weniger leichtflüchtigen Medien
setzt wird. Die konkrete Prüfungsdurchfüh- als Ottokraftstoffen (wie z.B. Dieselkraft-
rung ist Abschnitt A.4 der BUmwS [1] zu 4 Ergänzung zum 1. Teil stoff) soll die Eindringtiefe und der Effekt
entnehmen. der Artikelserie der Verdampfung geringer sein, so dass die
Sowohl bei anorganischen als auch bei Bezüglich der im 1. Teil der Artikelserie Flächen bei Verwendung von FD-Beton
organischen Säuren funktioniert der in der genannten Forderung, dass Bauausführende und dafür zugelassenen Fugendichtstoffen
BUmwS [1] beschriebene Nachweis der zur Herstellung von Dichtflächen an Tank- rechnerisch als dicht anerkannt werden (der
Schädigungstiefe grundsätzlich sehr gut stellen aus Ortbeton, die als Sekundärbar- Nachweis der Fugenumläufigkeit soll dem-
(Bild 5). So sind die geschädigten Teilflä- riere dienen, gemäß DWA-Merkblatt A nach gegeben sein).
chen in Bild 5 anhand ihrer Entfärbung 781 ohne eine gesonderte Nachweisführung
(äußere Randbereiche) erkennbar. Die pink- flüssigkeitsdichte Betone mit Eindringprü- Literatur
[1] DAfStb-Richtlinie „Betonbau beim Umgang mit
farbenen Zonen besitzen weiterhin einen fung (FDE-Beton) zu verwenden haben, sei wassergefährdenden Stoffen“ (BUmwS). Ausgabe
hohen pH-Wert, sodass hier keine Schädi- ergänzt, dass hierzu im Internet mittlerweile 2011
gung des Betons vorliegt. eine Bekanntmachung des Bundesministeri- [2] Jaeger, E.: FD-Beton – Eine Einführung. SGD Nord
Deutlich schwieriger ist die Bestim- ums für Umwelt, Naturschutz und nukleare (noch unveröffentlicht)
[3] Entwurf Arbeitsblatt DWA-A 786 „Technische Regel
mung der Schädigungstiefe, sofern es sich Sicherheit (BMU) veröffentlicht wurde. wassergefährdender Stoffe (TRwS) Ausführung von
nicht um Säuren handelt. In diesem Fall ist In dieser Stellungnahme wird ausgeführt, Dichtflächen.“ Deutsche Vereinigung für Wasserwirt-
der Nachweis der Schädigungstiefe mit dem dass die Ergebnisse eines Forschungsvor- schaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA), Hennef 2018
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