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KÖSTER Vakuum- Injektion an der Second Severn Crossing Brücke

KÖSTER Aquatecnic hat über die letzten Jahre hinweg ein sehr prestigeträchtiges Projekt betreut, das sich einer speziellen Injektionstechnik bedient. Um diesen innovativen Ansatz mit unseren Partnern zu teilen, soll der folgende Artikel eine Einführung geben.Selbstverständlich stehen sowohl unsere Techniker als auch KÖSTER Aquatecnic für darüber hinaus gehende Fragen bereit.

Die Second Severn ist eine 5128 Meter lange Brücke zwischen England und Wales.

Die Second Severn ist eine 5128 Meter lange Brücke zwischen England und Wales. Der Mittelbau ist eine Hängebrücke mit zwei hinführenden Hochbrücken. Die Brücke wurde 1996 fertiggestellt und ist derzeit die Hauptzugangsroute nach Wales.

Das Innere der Brücke


Das obere Bild zeigt das Innenleben der Brücke (die Straßenführung befindet sich auf den oberen Betonbauteilen). Die Hauptfahrbahn der Brücke besteht aus 2300 Fertigbetonteilen, deren horizontale Fugen im oberen Bild zwischen den Bauteilen sichtbar sind. Die Fertigteile sind strukturell miteinander verbunden, darüber hinaus werden sie von Stahlkabeln, die zwischen den Betonblöcken verlaufen, verspannt. Während routinemäßiger Wartungsarbeiten wurde eine große Zahl sehr feiner Risse in diesen Betonblöcken gefunden. Da diese einen, für die strukturelle Stabilität, sehr wichtigen Teil für die Brücke darstellen, wurden Instandsetzungsarbeiten beschlossen.



Das Unternehmen, das mit den Instandhaltungsarbeiten betraut ist, hatte schon zu früheren Zeitpunkten mit KÖSTER Injektionsharzen gearbeitet. Aus diesem Grund bat man bei KOSTER Aquatecnic um eine technische Lösung, woraufhin Injektionsexperten von KÖSTER die Baustelle genauer unter die Lupe nahmen und einige Tests durchführten.

Auf Basis dieser Tests wurde dem zuständigen Unternehmen und der für die Second Severn Crossing zuständigen Behörde ein vollständiger Bericht vorgelegt, in dem KOSTER Aquatecnic das Vakuum-Injektionsverfahren als bestmögliche Lösung vorschlug.

Rauchtests hatten regelrechte Netzwerkverbindungen zwischen den feinen Rissen nachgewiesen. In einigen Abschnitten umschlossen die Risse sogar größereBetonbereiche, so dass sich “Betoninseln” bildeten. Ziel der Instandsetzung sollte es sein, die gesamte Struktur wieder kraftschlüssig zu verbinden, und dabei keine neuen Risse oder Schäden entstehen zu lassen. Aus diesem Grund musste mit höchster Vorsicht gearbeitet und sogar Vibrationen, die durch Bohrungen ausgelöst werden können, vermieden werden. Ähnliche Befürchtungen hatte man beim Einsatz zu hoher Drücke, so dass die Vakuum-Injektion zusammen mit Klebepackern als sinnvolle Lösung Zustimmung fand. Dabei kann auf Bohrungen verzichtet und mit sehr niedrigen Drücken gearbeitet werden.

Die Vakuum-Injektion

Vakuum-Injektion kann ein sehr wichtiges Verfahren sein, wo immer strukturelle Instandsetzung notwendig ist, zum Beispiel bei der kraftschlüssigen Verbindung von Rissflanken mit einem starken Injektionsharz.


Um dies zu erreichen, müssen alle vorhandenen Risse mit dem Harz gefüllt werden, dabei gilt es Aufschäumung, Wasser- und Lufteinschlüsse zu vermeiden. Es ist eine grundsätzliche physikalische Gesetzmäßigkeit, dass keine zwei Stoffe denselben Raum gleichzeitig besetzen können. Beispielsweise muss man, wenn man einen nicht mit dem Rissnetzwerk verbundenen “Sackgassenriss” verfüllen will zunächst das vorhandene Material heraussaugen und mit viel Druck herauspressen. Obwohl Beton porös ist, können sich Wasser und Luft nicht ungehindert durch seine Struktur bewegen. In der Praxis wäre es unmöglich, eingeschlossene Luft oder Feuchtigkeit mit einer Hochdruckinjektion in einem kurzen Zeitraum herauszupressen. Das Diagramm oben auf dieser Seite zeigt die Hauptbestandteile, für eine Vakuuminjektion:

  • Eine Vakuum-Pumpe - Bsp. eine “Gast”-Pumpe, für den notwendigen Unterdruck
  • 2 x Druckbehälter - Luftdichte Behälter, in denen ein entsprechender Unterdruck oder Überdruck erzeugt werden kann. Sie dienen dem Schutz der Pumpe vor dem Eindringen des Injektionsharzes. Sollte Harz in den Druckbehälter eindringen, gelangt nichts in die Pumpe.
  • Kleiner Kompressor - Auf der Injektionsseite wird das Injektionsharz in den Überdrucktopf gegeben, aus dem es dann durch denKompressor langsam und vorsichtig in das Rissnetzwerk gepresst wird.
  • Injektionsplatten, Plastikschläuche, Ventile - Die Injektionsplatten wurden speziell für dieses Projekt angefertigt und enthalten keine Ventile, weder am Einlass, noch am Auslass. Besser eignen sich manuell steuerbare Ventile an den Anschlüssen.


Die transparenten Injektionsschläuche verbinden die Platten mit den Drucktöpfen. Das Bild weiter oben zeigt eine Nahaufnahme der Injektionsplatten. Es wurde ein sehr niedriger Druck verwendet, so dass die Dichtheit der Anschlüsse keine besondere Herausforderung darstellte. Die Platten wurden einfach mit einem schnell anziehenden hochfesten Kleber befestigt, der gleichzeitigt als Verschluss der Oberflächenrisse diente.

Injektionsmaterial - KÖSTER KB Pox IN

Das für diese Arbeiten ausgewählte Injektionsmaterial war das KÖSTER KB-Pox IN. Das Harz hat eine sehr geringe Viskosität von 120 mPa.S, fast die Hälfte der meisten “niedrigviskosen” Wettbewerbsprodukte. Die Anforderungen:

  • niedrige Viskosität = Ja, 120 mPa.S
  • 100% Feststoff (lösungsmittelfrei) = Ja
  • kein Schwinden = Ja
  •  Druckfestigkeit = > 50 N / mm²
  •  nicht-schäumend = Ja
  •  Haftung zu trockenem Beton = Ja > 2 N / mm²
  •  Haftung zu feuchtem Beton = Ja > 4 N / mm²
  •  unbedenklich = nicht explosiv, geruchsarm
  •  einfache Nutzung = lange Topfzeit

Das letzte Bild der Reihe, ganz unten im Text, zeigt im Mikroskop, das das KÖSTER KB-Pox IN selbst feinste Risse verfüllt hat, die vor der Injektion selbst noch nicht sichtbar waren.

Die Injektionsarbeiten und Ergebnisse

Die Injektionsversuche wurden von der zuständigen Wartungsfirma unter der Aufsicht von KOSTER Aquatecnic ausgeführt. Die Versuche waren sehr erfolgreich.

Ein entnommener Bohrkern wurde sowohl vom Auftraggeber als auch im KÖSTER Labor in Aurich noch einmal untersucht. Die Ergebnisse selbst unter dem Elektronenmikroskop bestätigten nocheinmal, dass die Risse vollständig mit KÖSTER KB-Pox IN verschlossen werden konnten. Der größere Riss im Bild ist 340 Mikrometer breit, die zwei kleineren Risse sind 74 Mikrometer und 17 Mikrometer breit. Diese Risse vollständig zu verschließen ist eine außergewöhnliche Leistung für ein Epoxidharz.

Nach den Tests wurden die eigentlichen Arbeiten erfolgreich ausgeführt. Auch wurden aus Qualitätssicherungsgründen weitere Bohrkerne gezogen und untersucht. Der kleinste dabei gefundene, vollständig mit KÖSTER KB-Pox IN verschlossene Riss war gerade mal 8 Mikrometer breit.

Sowohl der Auftraggeber als auch das ausführende Unternehmen sind sehr zufrieden mit den Arbeiten. Die technische Lösung und die Schulung von KOSTER Aquatecnic Ltd. sowie und das KÖSTER Injektionsharz haben dem Kunden eine Lösung geliefert, mit der langfristige kraftschlüssige Instandsetzungsarbeiten in einem sehr sensiblen Bereich mit einem Minimum an ungewünschten Auswirkungen möglich sind.

 

Bohrkern von der Brücke, der einen 17 Mikrometer kleinen Riss mit KÖSTER KB-Pox IN gefüllt zeigt.


  

 

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