In der heutigen Gesellschaft ist das Pendeln für Arbeit und Freizeit, für lange und kurze Strecken, bei jedem Wetter, zum normalen Alltag geworden. Es wird erwartet, dass die erforderliche Infrastruktur, einschließlich Brücken und Tunnel, in gutem Zustand und staufrei sind, unabhängig von der Jahreszeit. Im Winter erfordert dies einen umfangreichen Einsatz von Enteisungsmitteln. In Deutschland werden im Winter täglich bis zu 100'000 Tonnen Tausalz eingesetzt, was bei einem einzigen Eisregenereignis circa 0,5 Tonnen Tausalz pro Kilometer entspricht.

Die im Spritzwasser und Sprühnebel enthaltenen Chloride dieser Tausalze sind der Feind jeder Stahlbewehrung. Je nach Konzentration führen sie zu unerwünschter Korrosion am Betonstahl und damit zu kostspieligen Reparaturen. Noch in 2007 waren 66% aller Brückenschäden auf chloridinduzierte Korrosion zurückzuführen. In zahlreichen Ländern ist die Brückensanierung zu einer der dringendsten Herausforderungen geworden, um einen staufreien Verkehrsfluss zu gewährleisten. Allein in Deutschland sind 4.800 Brücken bzw. 12% aller Strassenbrücken im Bundesfernstrassennetz mit einer Zustandsnote > 3,0 und damit als unzureichend oder unzulänglich bewertet. Gemäss der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) sind somit für diese Brücken in naher Zukunft Instandsetzungsmassnahmen einzuplanen.

Gründe für Schäden an Brückenkonstruktionen

Brückenschäden in Deutschland (September 2019)

Quelle: G. Maerschalk, G. Krause, K. Hinsch (2017): Erhaltungsbedarfsprognose (BVWP) 2016 – 2030 der Bundesfernstraßen. Schlussbericht des FE-Projekt-Nr. 21.0054/2012 der SEP Maerschalk GmbH, S.91

Der falsche Betonstahl beeinträchtigt die Lebensdauer

Chlorid-induzierte Korrosion führt zu hohem Materialverlust und reduziert dadurch den Stahlquerschnitt. Dieser Prozess ist vielfach von aussen nicht sichtbar und stellt eine grosse Bedrohung für die Stabilität der Tragstruktur dar: Die Verringerung des Stahlquerschnitts reduziert die Tragfähigkeit der Bewehrung und führt im Extremfall zu einer Einsturzgefahr der gesamten Konstruktion. Bei der Verwendung von konventionellem Betonstahl wird die angestrebte Lebensdauer der Bauteile, abhängig von der Chloridkonzentration, oft unterschritten. Die Folgen sind ungewollt frühzeitige, aber notwendige Instandsetzungsmassnahmen, die teilweise sogar die Herstellungskosten übersteigen. Mehrausgaben für Reparaturarbeiten, insbesondere bei schwer zugänglichen Teilen, und die volkswirtschaftlichen Schäden, die durch Staus oder Straßensperrungen entstehen, werden dabei noch nicht berücksichtigt.

Lebenszyklus-Kosten als Grundlage für eine wirtschaftliche Kalkulation von Ingenieurbauwerken

Die angestrebt Lebensdauer (Ziellebensdauer) von Brücken und Tunnel ist ein kritischer Faktor für die finanzielle Berechnung der Baukosten und letztlich der Lebenszykluskosten. Die Lebenszykluskosten stellen die Summe der Herstellungskosten und der Betriebskosten (Inspektion, Wartung und Reparatur) dar. Prognostizierte und damit berechnete Lebensdauern sollten zwar mindestens die Ziellebensdauer von z.B. 100 Jahren sichern, diese jedoch nicht masslos übertreffen. Die Erfahrung zeigt, dass Bauwerke lange vor Erreichen der angestrebten Lebensdauer bedrohliche Anzeichen von Bewehrungskorrosion aufweisen. Notwendige und vor allem ungewollt frühzeitige und manchmal sogar wiederkehrende Instandsetzungs-Massnahmen übersteigen oft die Herstellungskosten. Um verschiedene Konstruktionsvarianten zu vergleichen, ist es daher sinnvoll, statt der Herstellungskosten die Lebenszykluskosten als Entscheidungskriterium heranzuziehen.

In gewissem Umfang berücksichtigen bestehende Normen, z.B. in Deutschland, bereits die Dauerhaftigkeit von Bauwerken gegenüber chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Sie ordnen Betondeckungen und Anforderungen an die Betonzusammensetzung in Abhängigkeit der Expositionsklasse des Bauteils zu. Die Erfahrung aus zahlreichen Beispielen zeigt jedoch, dass zusätzliche Massnahmen für hoch chloridbelastete Bauteile von Brücken und Tunneln zusätzliche Schutzmassnahmen notwendig sind.

Kenne deinen Feind: Problembereiche lokalisieren

Um die Kosten für den Bau und die Reparatur von Infrastrukturen vorhersehbar zu halten, kann die Verwendung einer rostfreien Bewehrung den Unterschied ausmachen. Aufgrund seines Legierungsgehalts hat rostfreier Betonstahl eine höhere Korrosionsbeständigkeit als klassischer Betonstahl. Das Verständnis über Problembereiche von Infrastrukturbauwerken ist entscheidend, um das Gleichgewicht zwischen Baukosten und Dauerhaftigkeit zu finden. Besonders exponierte Bauteile von Brücken und Tunneln sind die Folgenden:

• Brückenkappen
• Konsolen-Köpfe
• Brückenmittelpfeiler
• Brückenwiderlager
• Brückenüberbau
• Brücken-Schleppplatten
• Tunnel-Notgehwege
• Tunnel-Innenwände
• Stützmauern
• Galerien

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