Zerstörungsfreier elektrochemischer Chloridentzug an der Donaubrücke Pfaffenstein: Langzeiterfahrungen über eine bauwerksschonende und verkehrserhaltende Technologie

Non‐Destructive Electrochemical Chloride Extraction on the Danube Bridge Pfaffenstein: Long‐Term Experiences about a Structure‐ and Traffic‐keeping Technology Between 2003 and 2007 in total 200 m² of corrosion active hollow box girder floor slabs were rehabilitated by a non‐destructive, electrochemical chloride extraction (ECE) within the Danube bridge Pfaffenstein that is situated in Regensburg along the highway A93. These concrete areas were chloride contaminated by a leaking drainage system from the carriageway above – up to 4% by cement mass. Hence, the reinforcement was corrosion active, but did not show considerable loss of cross‐section or concrete deterioration. After completing the ECE, where more than 28 kg of chloride could be removed, multiple potential surveys have been made about a time span of up to three years. These measurements have shown that chloride induced corrosion activity could be eliminated safely, also with some residual chloride. Both highway and a heavy traffic bearing main street, which crosses under the bridge, haven't been affected by the repair. The principle of ECE, its side effects and the experiences collected by the author since 2001 shall be discussed here.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.     

Instandsetzung einer Betonbrücke mit Walzträgern nach dem Prinzip des Kathodischen Korrosionsschutzes

Für die Instandsetzung chloridbelasteter Stahlbetonbauwerke muss bei den so genannten konventionellen Verfahren oftmals Beton in großer Tiefe abgetragen werden. Dies verursacht hohe Kosten, stellt einen erheblichen Eingriff in das Bauwerk dar und führt nicht zuletzt zu Nutzungseinschränkungen während der Instandsetzung. Aus diesem Grund gewinnt der Kathodische Korrosionsschutz (KKS) von Stahl in Beton, eine zum Großteil zerstörungsfreie Instandsetzungsmethode, als wirtschaftliches Instandsetzungsverfahren korrosionsgefährdeter bzw.‐geschädigter Bauteile zunehmend an Bedeutung. Nachfolgend wird die Instandsetzung der Brücke über den Auer Mühlbach in München mit KKS beschrieben. Das Tragsystem der Auer Mühlbachbrücke besteht aus einbetonierten Walzträgern, die mit diskreten Einzelanoden geschützt wurden. Auf Grund der sehr hohen Überschüttung und der verkehrlichen Bedeutung dieser Brücke war der KKS besonders vorteilhaft anwendbar, da es während der gesamten Instandsetzung keinerlei Einschränkungen des Verkehrs gab. Repair of a Concrete‐Bridge with Rolled Section Beams applying the Principle of Cathodic Protection When repairing reinforced concrete structures containing chlorides by conventional methods, it is often necessary to remove the concrete to great depths. This causes high costs and leads to a significant intervention of the structure, combined with a limitation of use whilst repair measures. This is the reason why Cathodic Protection (CP) of reinforcement in concrete is gaining importance as predominantly non‐destructive, costeffective repair measure of structures susceptible to or damaged by corrosion. Consecutively the repair measure of the bridge over the Auer Mühlbach in Munich using CP is described. The load bearing system of the bridge of Auer Mühlbach consists of rolled section steel beams, which are protected using discrete anodes. Due to the high ground cover and the high importance to the intra‐urban traffic, the application of CP was in particular advantageously as the traffic has not been limited whilst the repair measure.     

Ansatz zur Beurteilung von chloridbelasteten Stahlbetonbauwerken mit Bewertung der Restlebensdauer

Die Sicherstellung eines ausreichenden Zuverlässigkeitsniveaus im Rahmen der Erhaltung von Bauwerken und insbesondere Betonbrücken, welche durch Verkehrs‐ und Umwelteinflüsse einer kontinuierlichen Verschlechterung im Laufe ihrer Lebenszeit unterliegen, ist in der Regel eine komplexe und teure Aufgabenstellung. Besonders in Regionen mit Streusalzeinsatz in der Winterzeit beeinflusst die Chloridbelastung sowohl den Entwurf als auch die Erhaltung der Bauwerke durch ihren Einfluss auf die Dauerhaftigkeit wesentlich. In diesem Beitrag wird eine Bewertungsstrategie für die durch die Chloridbelastung hervorgerufene Zustandsverschlechterung von Betonstrukturen und deren Auswirkung auf das Sicherheitsniveau sowie die verbliebene Lebenszeit an einem Fallbeispiel vorgestellt. Hierbei werden die Entnahme von Proben, deren Untersuchung, die inverse Analyse des Eindringverhaltens und infolge die Prognose der Chloridkonzentration im Bauteil, die Vorhersage der Korrosionsentwicklung über die Zeit und schließlich die Bestimmung des gegenwärtigen und zukünftigen Zuverlässigkeitsniveaus unter Beachtung der normativ festgelegten Grenzzustände für Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Schlussendlich werden unterschiedliche Erhaltungsstrategien in Bezug auf die zu erwartenden Lebenszykluskosten verglichen. Approach for the Assessment of Concrete Structures Subjected to Chloride Induced Deterioration The maintenance of an adequate safety level of concrete bridges under their gradual degradation due to traffic and environmental actions during service life is an expensive, problematic and questionable task. Chloride ion ingress is an important aspect of durability design and maintenance, especially in regions where winter salt application for traffic safety is common, e. g. for highways. A feasible approach for the assessment of chloride induced deterioration and its consequences on the safety level, remaining service life and thus maintenance planning will be presented by a case study. Steps include the extraction of samples, laboratory test, inverse analysis and prognosis of chloride ingress, prediction of likely corrosion propagation over time and determination of the current and future safety level with regard to code based service limit states and ultimate limit states. Finally different maintenance strategies are compared with respect to the total life cycle costs.     

Prüfung von Spannbetonbauteilen mit magnetischen Methoden

Die Methoden der magnetischen Streufeldmessung und der magnetischen Restfeldmessung eignen sich gut zur zerstörungsfreien Detektion von Spanndrahtbrüchen in Spannbetonbauteilen. Unter Verwendung eines Jochmagneten mit integrierten Magnetfeldsensoren werden die Bauteile mit mehreren Messfahrten bei verschiedenen Magnetisierungsfeldstärken abgescannt. Die Auswertung basiert auf dem Vergleich von Messungen nach verschiedenen Vormagnetisierungen sowie der Bestimmung der Korrelation mit idealisierten Bügel‐ und Bruchsignalen. Die Nachweisgrenze des Verfahrens wird fallabhängig diskutiert. Die Anwendung in der Prüfpraxis wird an drei Beispielen illustriert. Inspection of Prestressed Concrete Structural Members with Magnetic Methods The methods of magnetic stray field measurement and of magnetic remanence measurment are well suited for nondestructive detection of ruptures in prestressing wires of concrete structural members. Using a yoke magnet with integrated magnetic field sensors, the members are scanned several times with varying magnetization field strength. The signal analysis is based on the comparison of measurements after different premagnetizations as well as on the determination of the correlation with idealized rebar and crack signals. The limits of detection are discussed on a case‐by‐case basis. The application in inspection practice is illustrated with three examples.     

Versuche zur Ermüdungsfestigkeit alter Betonstähle

Die Frage der Ermüdungssicherheit hat im Zusammenhang mit der Überprüfung bestehender Stahlbetonbauwerke, insbesondere Brücken, an Aktualität gewonnen. Während auf der Einwirkungsseite die Anzahl der Lastwechsel und die Lasten, die die Brücke im Laufe ihres Lebens erfahren hat, von Bedeutung sind, sind es auf der Widerstandsseite die Genauigkeit des Tragwerkmodells und die Materialkennwerte. Mit Letzteren befasst sich dieser Aufsatz. Der wichtigste Parameter auf der Widerstandsseite ist die Ermüdungsfestigkeit des Betonstahls. Mittels Dauerschwingversuchen wurde die Ermüdungsfestigkeit von vier Betonstahlsorten ermittelt. Zwei Sorten stammen von abgebrochenen Brücken aus den 1950er Jahren; zwei weitere sind kürzlich produzierte Sorten von Ring‐ und Stabmaterial der Betonstahlsorte B 500 B. Das Ziel der Versuche bestand darin, festzustellen, ob das Alter einer Stahlbetonkonstruktion einen Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit des Betonstahls hat. Im Aufsatz werden die Problematik beim Nachweis der Ermüdungssicherheit bestehender Brücken kurz geschildert, die Versuche beschrieben und deren Resultate diskutiert. Fatigue Tests with Old Reinforcing Steels Recently, fatigue safety has become an issue with respect to surveying the condition of existing structures, in particular bridges. While questions considering traffic loads and frequencies dominate the calculations of the appropriate load scenarios, the accuracy of the structural model and material properties play a vital role for the calculation of the resistance. This article deals with the latter. The most important parameter on the resistance side is the fatigue strength of the reinforcement. Therefore, fatigue strength of four brands of reinforcing steel was determined in fatigue tests. Two brands of reinforcement bars could be gathered during demolition work of two bridges which were built in the 1950ies. Another two brands of new reinforcing steel B 500 B, a rod‐steel and a steel from the roll, were tested. The aim of the tests was to prove whether age and environment of the built‐in reinforcement bars affect their fatigue resistance or not. The article briefly describes the difficulties with verifying the fatigue safety of existing bridges while the main part deals with the experimental work and the discussion of the test results.     

Fuß‐ und Radwegbrücke aus Carbonbeton in Albstadt‐Ebingen

Pedestrian bridge made from carbon‐concrete in Albstadt‐Ebingen – First entirely carbon‐reinforced concrete bridge worldwide The bridge erected in Albstadt‐Ebingen in October 2015 is realized without any steel reinforcement or pre‐tensioning, making it the world's first entirely carbon‐reinforced concrete bicycle and pedestrian‐bridge. The trough section with material thicknesses of 70 mm (trough walls) and 90 mm (slab) respectively has been fabricated as monolithic pre‐cast element. With a span length of 15 m and a width of 3 m, the bridge‐deck requires no further coating and has a total weight of just 14 tons (approximately 310 kg/m2); this is about 50 % of comparable conventional reinforced concrete bridge‐decks. Besides material and weight savings, an exceptionally long service life with minimal maintenance can be expected, as the steel corrosion that is typical in reinforced concrete structures can be entirely avoided. Since the use of carbon‐reinforced concrete (carbon concrete) is not yet approved in Germany, the client had to obtain approval based on individual cases (ZiE).