Fallstudie auf einen Blick: Eine Brückenfahrbahnplatte in einer Küstenregion war durch eine mit Chloridexposition verbundene Betonschädigung beeinträchtigt. Die ursprüngliche Stahlbewehrung korrodierte und trug zu Rissbildung, Abplatzungen und wiederholten Ausbesserungen bei. Beim Ersatz der Fahrbahnplatte lieferte HotFRP Glasfaserverstärkte Polymerstäbe (GFK-Bewehrungsstäbe) für die neue Bewehrung. Das Projekt setzte GFK-Bewehrungsstäbe ein, um den mit Stahlbewehrung verbundenen Rostmechanismus zu vermeiden und gleichzeitig das grundsätzliche Konzept des Ersatzes der Betonfahrbahnplatte beizubehalten.

Projekt Hintergrund

Die Brücke war Tausalzen und salzhaltiger Luft ausgesetzt. Im Laufe der Zeit drangen Chloride durch die Betondeckung bis zur Stahlbewehrung vor. Die durch Korrosion verursachte Ausdehnung trug zu Rissen, Ablösungen und Abplatzungen des Betons bei. Vor dem Ersatz der Fahrbahnplatte wurden wiederholt örtliche Reparaturen durchgeführt.

Bei der Planung der Ersatzplatte suchte das Projektteam nach einem Bewehrungsmaterial, das unter Chloridexposition nicht denselben Rostmechanismus wie Stahl aufweist. Für die neue Fahrbahnplatte wurden GFK-Bewehrungsstäbe ausgewählt.

Materialwahl und Bemessung

HotFRP lieferte GFK-Bewehrungsstäbe in den vom Planer vorgegebenen Durchmessern und Längen. GFK-Bewehrungsstäbe bestehen aus kontinuierlichen Glasfasern, die in eine duroplastische Harzmatrix eingebettet sind. Im Gegensatz zu Stahlbewehrung ist GFK nichtmetallisch und rostet bei Feuchtigkeit und Chloridexposition nicht in derselben Weise wie Stahl. Das geringere Gewicht erleichterte außerdem die Handhabung und den Einbau auf der Baustelle.

Da GFK andere mechanische Eigenschaften als Stahl aufweist, unter anderem einen anderen Elastizitätsmodul und ein anderes Verbundverhalten mit Beton, konnte die Bewehrung nicht durch einen direkten Austausch von Stahlstäben im Verhältnis eins zu eins festgelegt werden. Durchmesser und Stababstände wurden vom Tragwerksplaner für die GFK-bewehrte Fahrbahnplatte festgelegt.

Unterschiede beim Einbau gegenüber Stahlbewehrung

Für das Montageteam lagen die wichtigsten Unterschiede bei Handhabung und Zuschnitt. GFK-Bewehrungsstäbe sind leichter als Stahlbewehrung. Für den Zuschnitt sind jedoch geeignete Schleifwerkzeuge oder andere zugelassene Werkzeuge erforderlich, anstelle der üblichen Stahlschneidwerkzeuge. Auf der Baustelle wurden bei diesem Projekt keine Biegungen vorgenommen; erforderliche gebogene Formen wurden als vorgeformte Stäbe geliefert.

Beim Einbau waren außerdem die Unterstützung, der Abstand und die Lage der Stäbe während des Betoneinbaus zu beachten, da GFK eine geringere Steifigkeit als Stahl aufweist. Das Montageteam passte die Handhabungs- und Verlegeabläufe an, damit die Bewehrung vor und während des Betoneinbaus in der vorgegebenen Lage blieb.

Projektergebnis

Nach dem Einbringen und der Nachbehandlung des Betons wurde die Ersatzfahrbahnplatte fertiggestellt und wieder für den Verkehr freigegeben. Das Projekt zeigt, wie GFK-Bewehrungsstäbe bei einer chloridexponierten Brückenfahrbahnplatte eingesetzt werden können, wenn Bemessung und Einbau die unterschiedlichen Materialeigenschaften berücksichtigen.

Die Fallstudie ist für Projekte relevant, die GFK-Bewehrungsstäbe als Alternative zu Stahlbewehrung prüfen, wenn Chloridexposition ein relevanter Bemessungsaspekt ist. Sie belegt jedoch für sich genommen weder eine bestimmte Nutzungsdauer noch eine wartungsfreie Zeitspanne; dafür sind projektspezifische Langzeitdaten erforderlich.