Anlagen-Leben genutzt werden. Dem gegenüber steht die selbst für Ingenieurbauwerke sehr hohe Anforderung an die Betriebsfestigkeit. Bei WEA werden Lastspielzahlen von 109 erreicht. Entsprechend sind Ermüdungsnachweise für Beton und Betonstahl mittels Schadenskollektiven nach der Palmgren-Miner-Regel zu führen [2].
1.2
Schadensbilder und Untersuchungsziel
Einzelne Schadensfälle an WEA mit z. T. erheblichen Konsequenzen waren in den letzten Jahren nicht zuletzt auf Rissbildung im Stahlbeton zurückzuführen, wobei jedoch zumeist die Türme und der Sockelbereich zwischen Turm und Fundament im Fokus standen [4]. Sehr häufig wird jedoch bereits im Zuge der Fundamenterstellung eine Rissbildung beobachtet, die eine charakteristische Verteilung aufweist (vgl. Bild 6). Da die Rissbildung im Zusammenhang mit den bekannten Schadensprozessen der Bewehrungskorrosion aufgrund von eindringender Feuchtigkeit und Schadstoffen insbesondere hinsichtlich der Betriebsfestigkeit der Bewehrung (sehr ungünstiger Kerbfall) von hoher Bedeutung ist, waren Rissbreiten größer 0,3 mm fachgerecht zu verschließen. Abgesehen vom finanziellen Aufwand ist diese Sanierungsmaßnahme auch immer mit Verzögerungen im eng getakteten Montageprozess verbunden. Risszeitpunkt und -form ließen prinzipiell auf einen Zusammenhang mit Effekten aus frühem Zwang schließen. Versuche der ausführenden Unternehmen mit verschiedenen Betonrezepturen für niedrige Hydratationswärme (mit LH-Zementen) sowie unterschiedliche Nachbehandlungsformen zeigten zwar Verbesserungen. Diese waren aber nicht zielsicher reproduzierbar, sodass immer wieder Risse auftraten. Anhand eines kontinuumsmechanischen Hydratationsmodells sollten daher zunächst die grundlegenden Zusammenhänge der Rissbildung verstanden und studiert werden. Nach Identifikation der wesentlichen Einflussparameter war sodann die Frage zu klären, ob es sich bei der Rissbildung um einen systemimmanenten Effekt handelt, oder ob diese – sofern nicht vermeidbar – zumindest auf ein zulässiges Maß reduzierbar ist.
2 2.1
Rissbildung an WEA-Kreisfundamenten Üblicher Herstellungsprozess
Die Herstellung der Fundamente erfolgt zumeist gemäß einer von den Anlagenherstellern vorgegebenen Methodologie: Auf eine Sauberkeitsschicht wird ein Bewehrungskorb aus Ring- und Radialbewehrung montiert (Bild 3). Dieser beinhaltet gleichsam die Ankerstangen für die spätere Turmmontage. Der Einbau des Fundamentbetons – zumeist ein C35/45 (XC4; XD1; XS1; XF3; XA1; WF) – erfolgt lagenweise von innen nach außen, bevor der Sockel im Übergangsbe
Bild 3
Fertiger Bewehrungskorb Complete reinforcement basket
Bild 4
Betonage und Nachbehandlung mit Rüttelbohle [Foto: Seewind] Cast of concrete and cure by vibrating beam
reich – meist ein C50/60 – aufbetoniert wird. Hierbei finden Stahl- oder Systemschalungen Anwendung. Die schräge Kegeloberfläche wird durch Flügelglätter oder eine radial verlaufende Rüttelbohle nachbehandelt (Bild 4). Zur Oberflächennachbehandlung werden sodann ein Austrocknungsschutz und eine 10 mm starke Bautenschutzfolie aufgebracht.
2.2
Rissbreitenbegrenzung durch Bewehrung
In Bild 5 werden typische Bewehrungen für zwei unterschiedlich große WEA dargestellt. In den zugehörigen typenstatischen Berechnungen werden zumeist Ge brauchstauglichkeitsnachweise nach Eurocode 2 [5] durchgeführt, die zum Teil sehr unterschiedlichen Betrachtungsweisen bzgl. der Rissbreitenbeschränkung folgen. Beispielsweise wird in einem Fall lediglich eine Betrachtung der Radialbewehrung unter Last aus quasiständiger Turmbeanspruchung vorgenommen. Es findet keine Untersuchung des frühen Zwangs statt. In einer anderen Typenstatik wird angenommen, dass sich – vergleichbar zu großen Fundamentplatten – lediglich ein zentrischer Zwang aus der Reibung zwischen Fundamentbeton und Sauberkeitsschicht ergibt. Es wird ein Rissbreitennachweis für die hieraus errechnete Zwangskraft geführt. Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), Heft 1 3
FACHTHEMA ARTICLE
J. Akkermann, S. Weiler: Cracks in foundations of onshore wind energy plants