Was ist Delamination in Beton?

Eine Delamination ist ein waagerechter Riss im Beton, der auf oder über der oberen Lage des Bewehrungsstahls liegt. Der Beton über dem Riss bleibt an seiner Stelle, bis die gerissene Schicht sich ablöst.

Diese Seite behandelt Beton- und Asphaltbefestigungen. Sie erklärt, wie eine Delamination entsteht und wie sie sich von einer Abplatzung unterscheidet. Außerdem behandelt sie die Werkzeuge, die sie finden, und die Art, wie Flugplatzdokumente das Wort verwenden.

Delamination, Abplatzung und Ablösung

Die drei Begriffe beschreiben unterschiedliche Stadien oder Orte:

• Delamination. Der Riss liegt im Beton. Die Oberfläche kann unversehrt aussehen.
• Abplatzung. Der gerissene Beton bricht ab. Die Abplatzung ist das spätere Stadium.
• Ablösung (Debonding). Zwei Schichten haften nicht mehr aneinander, zum Beispiel eine Überlagerung und die Platte darunter. ASTM D4580 warnt, dass bei einer Betonüberlagerung ein Bereich, der nach Delamination klingt, eine fehlende Haftung zwischen Überlagerung und Fahrbahn sein kann.

Wie sie in Stahlbeton entsteht

Die FHWA beschreibt vier Stufen der chloridbedingten Schädigung:

1. Chlorid erreicht den Stahl, und Korrosion beginnt.
2. Die Korrosionsspannungen übersteigen die Zugfestigkeit des Betons, und Risse entstehen.
3. Risse, die parallel zur Oberfläche verlaufen, bilden eine Delamination, oft auf Höhe der Bewehrung.
4. Schräge Risse erreichen die Oberfläche. Frost-Tau-Wechsel und Verkehr lösen dann die gerissenen Teile ab. Das ist eine Abplatzung.

Die Korrosionsprodukte nehmen das Drei- bis Sechsfache des Volumens des ursprünglichen Stahls ein. Diese Spannung bringt den Beton zum Reißen. Die Risse lassen außerdem Wasser und Chloride schneller zum Stahl gelangen.

Wie Prüfer sie finden

Eine Delamination ist von der Oberfläche oft nicht zu sehen, deshalb verwenden Prüfer Werkzeuge, die erfassen, was darunter liegt. Jede Methode hat Grenzen.

Kettenzug und Abklopfen mit dem Hammer

Der Prüfer zieht eine Kette über die Oberfläche oder klopft mit einem Hammer oder einer Stahlstange darauf. Gesunder Beton gibt einen klaren Ton. Delaminierter Beton gibt einen dumpfen, hohlen Klang. Der hohle Klang entsteht durch Biegeschwingungen der gerissenen Schicht. Die FHWA sagt, der Kettenzug sei ein schneller Weg, den ungefähren Ort zu finden. Ein Hammer ist langsam, aber genau bei den Grenzen. Beide hängen vom Urteil des Prüfers ab, und eine Überlagerung verringert, wie gut sie funktionieren.

ASTM D4580 behandelt drei Verfahren: ein fahrbares elektromechanisches Gerät, den Kettenzug und das Drehschlagverfahren. Das Verfahren ist nicht für Fahrbahnen mit Asphaltüberzügen gedacht. Verkehrslärm, Vibrationen und Feuchtigkeit beeinflussen das Ergebnis. Das Verfahren sollte auf gefrorenem Beton im Allgemeinen nicht angewendet werden.

Infrarot-Thermografie

Eine Delamination wirkt als Isolator. In der Sonne erwärmt sich der Bereich darüber schneller und wird wärmer als gesunder Beton. Wenn die Luft bei Sonnenuntergang abkühlt, kühlt der Bereich schneller ab. Die FHWA beschreibt dasselbe Muster als warme Stellen am Tag und kalte Stellen in der Nacht. ASTM D4788 beschreibt einen fahrzeuggestützten Infrarotscanner für freiliegende und überlagerte Brückenfahrbahnen, mit Überlagerungen bis 4 in. (100 mm) Dicke.

Die Grenzen sind klar. Die Methode braucht einen Temperaturunterschied von etwa 0,5 °C. Nasse Stellen, Schatten und Schmutz können nicht geprüft werden. Sie liefert die Fläche in der Ebene, aber nicht die Tiefe, deshalb bestätigen Bohrkerne die Tiefe. ASTM D4788 hat keine Angaben zu Präzision und Verzerrung, deshalb ist es keine Grundlage für die Annahme oder Zurückweisung von Material.

Bodenradar

Radar findet eine Delamination oder einen Hohlraum nur, wenn sie erhebliche Mengen Luft oder Wasser enthalten. In einer Studie der Florida DOT fand die Infrarotmessung die vorhandenen Delaminationen. Das Radar fand eine Mischung aus Delaminationen und den Zuständen, die ihnen vorausgehen. Das sind Chloridverunreinigung und Korrosionsaktivität. Salze im Beton und Bewehrungsmatten nahe der Oberfläche können das Signal beeinträchtigen.

Impact-Echo

Impact-Echo findet Delaminationen und Ablösungen in Platten und Überlagerungen. Eine große, flache Delamination senkt die Resonanzfrequenz. Eine tiefe hebt sie an. Die Methode braucht geschultes Personal, und die Schwere ist nur grob angegeben.

Welches Werkzeug am besten ist

Kein einzelnes Werkzeug klärt jeden Fall. ASTM D4580 und ASTM D4788 sagen beide, dass ihre Ergebnisse zusammen mit anderen Methoden verwendet werden können. Das WisDOT bestätigt Infrarotbefunde, indem es verdächtige Bereiche abklopft und Bohrkerne entnimmt. Indiana prüfte mehrere Methoden an Brückenfahrbahnen (JTRP 2022/31). Es empfahl Infrarot aus der Luft als ersten Screening-Schritt. Fahrzeuggestützte Infrarotmessung scannt dann die Fahrbahnen mit erheblicher Delamination, und das Impact-Echo war auf Projektebene zuverlässig und wiederholbar.

Drohnen und Delamination

Eine veröffentlichte Studie prüfte eine kostengünstige Drohnen-Infrarotkamera an zwei Brückenfahrbahnen und einer Prüfplatte. Die Kamera fand vermutete Delaminationen auf den Fahrbahnen, vergleichbar mit einer Kamera für die Forschung. Auf der Prüfplatte mit simulierter Delamination lag die maximale Erkennbarkeit bei etwa 70 bis 72 Prozent. Eine Drohne kann eine große Fläche ohne Fahrstreifensperrungen abscannen, aber Infrarot liefert trotzdem keine Tiefe. Diese Seite fand keine solche Prüfung an Flugplatzbeton. Was ein Drohnenscan einer Piste auflöst, steht im Artikel über die Drohnenvermessung der Pistenoberfläche.

Delamination an Flugplatzbefestigungen

Die FAA AC 150/5320-6G besagt, dass Flughäfen Stahlbetonbefestigungen nur in begrenztem Umfang verwenden. Der oben beschriebene Korrosionsprozess gilt nur für bewehrte Platten. Flugplatzdokumente verwenden das Wort für andere Schäden:

• Abwitterung einer Betonplatte. Das FAA-Handbuch PAVER sagt, Abwitterung zeige sich meist als Delamination oder Zerfall der Plattenoberfläche. Als Ursachen nennt es zu starkes Glätten, zugegebenes Wasser, fehlende Nachbehandlung und unzureichende Luftporenbildung.
• Absonderungswasser (Bleed Water) unter der Oberfläche von neuem Beton. Ein FHWA-Merkblatt zur Nachbehandlung sagt, aufsteigendes Absonderungswasser könne unter einer zu früh geglätteten Deckschicht eingeschlossen werden. Absonderungswasser, das nach dem Auftragen eines Nachbehandlungsmittels aufsteigt, kann die Membran stören und eine Linse bilden, die Abplatzungen oder Delaminationen verursacht. Das Bluten endet üblicherweise etwa beim Erstarrungsbeginn. Beim Gleitschalungsbau endet das Glätten vorher, deshalb kann das Bluten weitergehen, wenn das Nachbehandlungsmittel aufgebracht wird.
• Abgelöste Asphaltschichten. Eine schlechte Haftung zwischen den Schichten verursacht Gleitrisse (AC 150/5380-6C). Eine dünne Deckschicht, die nach dem Fräsen übrig bleibt, kann unter Baustellenverkehr delaminieren. AC 150/5370-10H warnt, dass ein Delaminationspotenzial immer dann besteht, wenn die Frästiefe etwa der Dicke der eingebauten Schicht entspricht. Bodenradar kann eine Delamination zwischen Schichten untersuchen. Eine Studie einer FAA-Konferenz fand mit Infrarot-Thermografie Ablösungen in 40 bis 70 mm Tiefe. Gummi auf der Piste erschwerte es, die Ablösung zu erkennen.

Fugenabplatzungen und Eckabplatzungen sind andere Schäden. Es handelt sich um den Zerfall der Plattenkante oder -ecke an einer Fuge.

Was zu tun ist

Ein Befund aus Abklopfen oder Infrarot ist eine Karte verdächtiger Bereiche. Bohrkerne bestätigen die Tiefe. Die FHWA-Hinweise für Teiltiefenreparaturen an Betonbefestigungen beschreiben die Schritte der Reparatur selbst:

1. Ermitteln Sie den nicht tragfähigen Beton durch Abklopfen mit einem Stab, einem Hammer oder einer Kette.
2. Markieren Sie die Grenzen. Verwenden Sie eine Mindestlänge von 12 in (300 mm) und eine Mindestbreite von 4 in (100 mm).
3. Entfernen Sie den nicht tragfähigen Beton und klopfen Sie den Grund auf schwache Stellen ab.
4. Wechseln Sie zu einer Vollreparatur, wenn Dübelstäbe sichtbar werden oder wenn die Arbeitskolonne weiter abschlagen muss, um tragfähigen Beton zu finden.