Bauingenieur im Anlagenbau Matthias Hartmann Vergussarbeiten ...

Bauingenieur im Anlagenbau Matthias Hartmann
Vergussarbeiten mit Spezialmörtel
Vergußarbeiten
Vergußarbeiten begleiten den Bauablauf im Anlagenbau im Wesentlichen in der
Phase der Maschineninstallation und nach der Stahlmontage. Zementgebundene
Vergussmörtel sind hochfliesfähig und werden in der Regel zum Verguss oder
Unterguss von zu verankernden Bauteilen verwendet. Die Anwendungsgebiete
sind im Baubereich sehr weitläufig. Im Anlagenbau werden Stahlstützen,
Ankerbolzen, Schubtaschen, Maschinenrahmen, Turbinen, Kranbahnschienen
und Fertigteile mit Vergussmörtel einer Art Hochleistungsspezialmörtel verfüllt
und kraftschlüssig mit dem Fundament verbunden.
In der Regel kommen zementgebundene Vergussmörtel zum Einsatz. Sie sind
hochfliesfähig um alle Hohlräume ausfüllen zu können und müssen während des
Einbaus nicht mechanisch verdichtet werden. Im Allgemeinen sind die
Vergussmörtel nicht bewehrt. Es gibt Anwendungsfälle bei denen sich
epoxydharzgebundene Vergussmörtel besser als zementgebundene eignen.
Je nach Vergusshöhe bieten die Hersteller unterschiedlich angepasste
Mischungen an um Schwindrisse nach dem Abbinden zu vermeiden. Ab einer
Vergusshöhe von mehr als 50mm spricht man auch von einem Vergussbeton.
Die Festigkeiten sind mindestens gleichwertig oder meist höherwertiger als der
umgebende Beton. In Standardlaborversuchen werden Würfeldruckfestigkeiten
nach 24h von bereits 50N/mm² und höher erzielt.
Typische Arten von Verguss
Verguss einer Ankerbolzentasche:
Der Verguss einer Ankerbolzentasche ist ein sehr häufiger Anwendungsfall
(Bild 1). Zuvor wurden im Ortbetonfundament Taschen ausgespart. Dies erfolgt
mit einer Brettschalung, besser sind jedoch vorgefertigte trapezprofilierte
Blechboxen da die Zuglast durch die Profilierung optimal als Mantelreibung
abgeleitet wird. Die Blechbox rund oder eckig bleibt als verlorene Schalung
zurück. Bevor das zu verankernde Bauteil montiert wird, sollten sofern eine
glatte Schalung verwendet wurde die seitlichen Betonflächen durch einen
pneumatischen Hammer gut aufgeraut werden. Tiefere Vergusstaschen können
auch durch den in den Beton eingebauten Stahlzylinder realisiert werden.
Wurde das Fundament an den Anlagenbauer übergeben, erfolgt die
Maschinenmontage. Nach dem die Maschine oder der Rahmen ausgerichtet ist
werden die Anker zu Verguss freigegeben und die Befüllung wird vorbereitet.
Die Maßtoleranzen des Hochbaus müssen in der Dimensionierung der Taschen
Berücksichtigung finden.
Bewährt hat sich folgende Dimensionierung:
Durchmesser Anker x (3-4) + Maßtoleranz (eigentlich mal 2 da + -)
Die Maßtoleranz ist der Tabelle 1/Zeile 1 aus DIN 18202 zu entnehmen und
kann bis zu ±30mm betragen. In einer weitläufigen Bodenplatte sollte die
Dimensionierung erfahrungsgemäß großzügig angesetzt werden, da die
Einbauungenauigkeiten bei Taschen am oberen Ende de Skala liegen und
folglich zu lästigen Stemm- und Kernbohrarbeiten führen die Zeitverzug mit
sich bringen.
Werden Taschen im Fundament vergessen werden diese mit Kernbohrungen
nachträglich in den Beton eingebohrt. Allerdings ist diese Methode kritisch und
nur von Fall zu Fall anwendbar, da Bewehrung zerstört werden kann. Zudem
muss die glatte Bohrwand aufgeraut werden um eine ausreichende
Mantelreibung zu gewährleisten.
Flächenverguss und Unterverguss
Finden vorwiegend als Unterguss von Maschinenrahmen oder als
Ausgleichsverguss seine Anwendung (Bild 1.1 und Bild 2.2). Vor Übergabe des
Fundaments ist darauf zu Achten dass die Oberfläche aufgeraut und noch besser
die Zementschlämme mit Hochdruckreinigern oder durch Sandstrahlen
abgetragen wird. Bei stark saugenden Untergründen sollte zusätzlich eine
Haftbrücke aufgetragen werden. Die Haftbrücke ist ein zwei Komponenten
Epoxydharz Anstrich in welchen Quarzsand eingestreut wird. Die Haftung
zwischen Verguss und Beton wird dadurch deutlich verbessert. Der
Bild 1 Verguss einer Ankerbolzentasche
Bild 2.1 Inspektionen eines
Maschinenunterrahmens vor Verguss
Bild 2.2 Inspektionen desselben
Maschinenunterrahmens nach Unterguss
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Vergussarbeiten mit Spezialmörtel
Maschinenrahmen wird in einer planmäßigen Höhe von etwa 30-50mm über der
Betonoberkante montiert. Der Rahmen wird mit Unterlegplatten aus Stahl oder
PVC ausgerichtet. Nach Freigabe des Aufbaus beginnen zunächst die
Schalungsarbeiten. Das Freigabedokument definiert die Vergusshöhe und
Abmessungen. Entsprechend erfolgt der Schalungsbau. Vergussflächen die ca.
3x3m überschreiten sollten durch Zulagebewehrung gegen Schwindrisse ergänzt
(Bild 3) oder in Vergussabschnitte eingeteilt werden. In Fällen in denen ein
homogener Verbund gestört ist kann ebenfalls eine Zulagebewehrung
erforderlich werden. Ein Beispiel hierzu ist in Bild 4.1 und Bild 4.2 dargestellt.
Hier ist der homogene Verbund ist durch zu große Unterlegplatten gestört und
die Gefahr eines Vergussabbruchs gegeben. Eine solche Situation sollte im
Vorfeld durch entsprechende bessere Wahl kleinerer Unterlegplatten vermieden
werden. Der vertikale Lasteintrag am Rahmenfuß wird über den Vergussmörtel
ab der Rahmenkante unter einem 45° Winkel in das Fundament weitergeleitet
(Abb.1). Der horizontale Abstand der Betonkante vom Rahmen sollte gleich der
Vergusshöhe entsprechen Abb.1. Durch die Rotation der Maschine kann das
Fundament in Schwingungen versetzt werden und eine Verankerung des
Vergussbetons mit Fundament erfordern um ein Ablösen zu begegnen. Aus
diesem Grund ist es auch nicht ratsam die Vergusskante weiter als die
Vergusshöhe vom Maschinenrahmen auszulagern.
Spezialmörtel aus Epoxydharz
Die Anwendungsgebiete der epoxydharzgebundenen Vergüsse kommen bei
folgenden Arbeiten zur Anwendung.
• Verguss von Schienen- und Rippenplatten
• Verguss bei geringen Schichtdicken
• Verguss von verzinkten Stahlbauteilen und Nichteisenmetallen
• Verguss von Präzisionslagern
• Verguss zwischen Stahlplatten
Die Eigenschaften des Epoxymörtels sind die schnelle Aushärtungszeit, die hohe
Fliesfähigkeit, die guten Kontakteigenschaften mit Stahl und Metallen sowie die
hohe Resistenz gegen chemische Angriffe. Der Epoxymörtel ist im Vergleich
zum zementgebunden Vergussmörtel deutlich teurer.
Das in Bild 5.1 und 5.2 abgebildete Beispiel soll ein Verguss zwischen einer im
Beton eingebauten Stahlplatte und eines Maschinenlagers hergestellt werden.
Die Vergusshöhe beträgt ca. 20mm. In diesem Falle kommt ein Epoxydharz
basierender Verguss zum Einsatz. Der Epoxydharz verbindet sich zum Einen
besser mit den Stahlplatten und zum Anderen eignet sich Epoxydharzmörtel
besser bei geringen Vergusshöhen.
Bild 5.1 Verguss zwischen
eingebauter Stahlplatte und
Maschinen-Lager mit Epoxy
Verguss
Bild 5.2 Die gleiche Situation nach Epoxy
Verguss
Ablauf und Überwachung
Eine typische Anlagenmaschine wird in mehren Schritten mit dem Fundament
kraftschlüssig verbunden. Nachdem die Maschine vormontiert wurde werden
entweder chemische Anker (Abb 2) gesetzt oder die Anker in die
Abb.1 Optimierung Verguss
Bild 3 Beispiel eines Flächenvergusses mit
Zulagebewehrung
Bild 4.1 Beispiel zu groß gewählter Unterlegplatten
unter einem Stützenfuß die
Zulagebewehrung erfordern
Bild 4.2 Zulagebewehrung ringförmig am
vorigen Beispiel zum Verbund der
Vergussmasse
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Vergusstaschen eingebracht (Abb 3). Nach Freigabe erfolgt in Verguss Phase I
die Befüllung der Hüllrohre. Nach einer Abbindezeit von ca. 1 Woche werden
die Anker vorgespannt und die Maschine ausgerichtet. Danach in Phase II wird
der Maschinenrahmen untergossen. Die Überwachung der einzelnen Phasen
sollte begleitet und dokumentiert werden. Der Verguss ist das statische
Bindeglied zwischen Maschine und Betontragwerk dem oft nicht die
entsprechende Aufmerksamkeit zuteil wird. Fehlgüsse durch unvollständigen
und nicht kraftschlüssigen Verguss sind oft irreparabel nur unter hohen Arbeits-
und Kostenaufwand wieder zu sanieren. Entsprechend muss vor jeder
Vergussfolge der gegebene Zustand in Augenschein genommen werden.
Prüfungen auf Sauberkeit, Fett- und Staubfreiheit, Wasserrückstände und
Dichtigkeit der Schalung sind durchzuführen (Bild 5). Gegebenfalls falls schwer
einsehbar sollte die Befüllung durch eine Kamera überwacht werden. Nachdem
die Vergusstaschen befüllt wurden, können nach einer Abbindezeit von einer
Woche die Ankerstangen gespannt werden. Danach kann der Unterguss des
Rahmens beginnen. Gegebenenfalls sind in der letzten Phase Nivellier- und
Füllvergüsse vorgesehen.
Abb 2 Ausschnitt aus einer Maschinenbau Zeichnung veranschaulicht die Verankerung in
einem Fundament mit chemischen Ankern oder auch Epoxydharzankern.
Abb 3 Beispiel einer Maschinenverankerung in einem Fundamenttisch mit Ankerhülsen und
Ankerstangen. Die Hülse kann unvergossen gefordert werden, um eine spätere Demontage
zu ermöglichen.
Im Allgemeinen
Phase 1: Verguss der Hüllrohre
Danach erfolgt die Endausrichtung der Maschine
Phase 2: Unterguss des Maschinenrahmens (Dunkelgrau schraffiert in der Abbildung)
Verarbeitungshinweise
Die Mischungsanleitung des Herstellers muss genau beachtet werden. Die
Aufbereitung erfolgt bei kleineren Mengen mit einem Handmixer im Trog oder
bei größeren Vergüssen mit einem Durchlaufmischer der einen konstanten
Zufluss von Vergussmasse gewährleistet.
Die Grenztemperatur während des Einbaus eines zementgebundenen Mörtels
liegt zwischen 5°C und 35°C. Unterhalb der Temperaturgrenze von 5°C müssen
Bild 5 Einbringen der Vergussmasse. Vorab
wurde der Kontaktbeton aufgerauht und
grundiert
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Winterbaumassnahmen ähnlich wie beim herkömmlich eingebauten Beton
vorbereitet werden. Der frisch eingebaute Zementmörtel muss ebenso vor
Austrocknung geschützt werden.
Während der Untergussarbeiten sollte darauf geachtet werden dass keine
Luftporen eingeschlossen werden. Voraussetzungen hierfür sind dass die
Schalung ca. 5mm höher liegt als die Unterkante Stahlplatte und die zu unter
gießende Stahlplatte sollte mit Entlüftungsöffnungen ausgestattet sein um einen
möglichst vollkommenen Kontakt zu gewährleisten. Ein erfahrenes Team
erreicht durch stochern und klopfen einen möglichst vollkommen Kontakt
herzustellen.
Überwachung
Die Arbeiten müssen vor allem zu Beginn einer Serie die Abläufe und die
eingesetzten Materialien intensiv besprochen und anschließend überwacht
werden. Bei großen Vergüssen wie am Beispiel einer Turbine sollten
Probekörper in Anlehnung DIN EN 12390-3 entnommen und entsprechend
geprüft werden. Als Probekörper können Würfel mit einer Kantenlänge von 150
mm entnommen werden.
Mängel vor Übergabe – Freigabeprotokoll
Es ist zu raten vor Beginn der Vergußarbeiten eines Maschinenbauteils ein
Verguss Freigabe Protokoll des Maschinen Installateurs zum Bauüberwacher
und dieser wiederum an die Bauunternehmung zu übergeben. Das Protokoll
sollte Arbeitsschritte und die zu vergießenden Bauelemente definieren. Danach
erfolgt eine gemeinsame Inspektion um die Bedingungen zu erfassen. Dabei ist
ein besonderes Augenmerk auf Zugänglichkeit, Sauberkeit, Wassereinschlüsse
und Oberflächenrauhigkeit des Betons zu richten.
Ebenso sollten Unterlegplatten nicht über die Stahlrahmen auskragen sondern
hinter dem Rahmen eingebaut sein. Die Unterlegplatten sollten auch nicht zu
groß gewählt sein um ein in sich homogene und miteinander verbundene
Vergussmasse zu realisieren. Um Risse zu vermeiden können auch
Zulagebewehrungen beigefügt werden.
release Date Item Name
1st release 07.04.2012 M. Hartmann
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