DE19806710C2 - Verfahren zur Sanierung von Stahlkonstruktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Stahlkonstruktionen, insbesondere von Hochspannungsfrei­ leitungsmasten, aus montierten Stahlelementen, wobei zwischen oder in den Stahlelementen Korrosionsprodukte enthaltende Spaltbereiche ausgebildet sind, wobei die Korrosionsprodukte im montierten Zustand der Stahlelemente aus den Spaltbereichen entfernt werden. - Stahlkonstruktion meint im Rahmen der Erfindung insbesondere Gitterfachwerke aus Stahlelementen, die mit Hilfe von Schraub- und/oder Nietverbindungen montiert sind. Diese Gitterfachwerke finden sich vor allem an Hochspannungsfreileitungsmasten. Derartige Stahlkonstruktionen mit einem Alter von mehr als 40 Jahren bestehen in der Regel aus sogenanntem schwarzen Stahl (Baustahl bzw. C-Stahl) und sind zur Vermeidung von Korrosionen mit Mehrfachbeschichtungen, beispielsweise Bleimennige und einer Deckschicht, versehen worden. Bei diesen alten Stahlkonstruktionen sind heutzutage insbe­ sondere in den Spaltbereichen zwischen den über Schraub- und/oder Nietverbindungen verbundenen Stahlelementen Korro­ sionsprodukte in erheblichem Ausmaß zu beobachten. Diese Erscheinung wird auch als Spaltkorrosion bezeichnet.

Bei mit Schraub- und/oder Nietverbindungen aneinander­ montierten Stahlelementen tritt die Spaltkorrosion insbe­ sondere in den Spaltbereichen auf, in denen ein relativ großer Abstand der Schraub- und/oder Nietlochungen zum Stahlelementrand bzw. zur Spaltöffnung vorgegeben ist.

Vornehmlich in diesen Bereichen sind lokale Spalt­ korrosionen zu beobachten. Die Spaltkorrosion führt im Spalt zu einer Stahlabtragung an den miteinander ver­ bundenen Stahlelementen und das sogenannte Aufblühen der Korrosionsprodukte führt zu einer nachteilhaften Aufweitung des Spaltes. Die im Laufe der Zeit sich aufweitenden Spalte können eine Spaltbreite bis zu einigen Zentimetern aufweisen. Sind die Stahlelemente über Schraub- und/oder Nietverbindungen verbunden, führt die Spaltaufweitung zu einer erheblichen axialen Beanspruchung der Schrauben und/oder Nieten. Messungen haben ergeben, dass die Schrauben und/oder Nieten durch den Einfluß der Spalt­ korrosion beachtlichen Zugspannungen ausgesetzt werden, deren Werte oberhalb der gemäß Norm zulässigen Spannungs­ werte liegen. Im Extremfall können die mechanischen Bean­ spruchungen der Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben und/oder Nieten, zum Versagen der Verbindungsmittel bzw. der Verbindung zwischen den Stahlelementen führen. - Bei jüngeren Stahlkonstruktionen, deren Alter geringer als 40 Jahre ist, sind die Stahlelemente zwecks Reduzierung der Korrosion verzinkt worden. Auch bei diesen verzinkten Stahlkonstruktionen kann die Spaltkorrosion jedoch nicht vollständig ausgeschlossen werden und sind teilweise eben­ falls die oben geschilderten Nachteile zu beobachten.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art, von dem die Erfindung ausgeht (Schierk, H. F.: Korrosions­ schutz an Stahlkonstruktionen, In: Das Bauzentrum, 7/96, S. 122, 124, 126 u. 127), werden Korrosionsprodukte aus den Spaltbereichen beispielsweise mit Hilfe von Schabern und Meißeln entfernt. Danach werden die Spaltbereiche mit Dichtungsschaummassen, beispielsweise mit Polyurethan- Zinkchromat-Schaum ausgefüllt. Dieses bekannte Verfahren zeichnet sich jedoch durch den Nachteil aus, dass in diesen Spaltbereichen bereits nach verhältnismäßig kurzer Zeit erneut Korrosion auftritt. Dies liegt einerseits daran, dass die genannten Dichtungsschaummassen die Spaltbereiche in der Regel nur unvollständig ausfüllen. An den nicht von Dichtungsschaummasse bedeckten Stellen bilden sich dann sehr schnell wieder Korrosionsprodukte. Zum anderen wird die in die Spaltbereiche eingebrachte Dichtungsschaummasse durch mechanische Einflüsse bzw. durch Witterungseinflüsse leicht beschädigt bzw. wieder aus den Spaltbereichen aus­ gespült. Es versteht sich, dass auch dadurch erneut korrosionsgefährdete Stellen entstehen. Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren werden die über Schraub- und/oder Nietverbindungen verbundenen Stahlelemente zu­ nächst auseinandermontiert. Anschließend werden die Korro­ sionsprodukte von den entsprechenden Flächen der Stahl­ elemente entfernt und daraufhin werden die Stahlelemente wieder montiert oder auch teilweise durch neue Stahl­ elemente ersetzt. Diese bekannte Verfahrensweise ist in er­ heblichem Maße zeitaufwendig, kostenaufwendig und material­ aufwendig. Im übrigen ist auch bei diesem Verfahren ein langfristiger Korrosionsschutz, der allen Anforderungen genügt, nicht gewährleistet.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzu­ geben, mit dem in wenig zeit-, und kosten- und material­ aufwendiger Weise ein langfristiger Korrosionsschutz zwischen den miteinander verbundenen Stahlelementen sichergestellt ist.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass anschließend die an der Außen­ oberfläche der Stahlelemente angeordnete Spaltöffnung zumindest bereichsweise mit einer Schweißnaht feuchtig­ keitsdicht verschlossen wird, dass in einem Stahlelement zumindest ein Bohrloch eingebracht wird und dass an das Bohrloch eine Vorrichtung angeschlossen wird, mit welcher Vorrichtung nach dem Verschließen der Spaltöffnung mit der Schweißnaht zumindest eine korrosionshemmende und/oder hydrophobe Substanz in den Spaltbereich eingepresst wird. - Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlelemente als Stahlprofile und Verbindungsstahlbleche ausgeführt sind, wobei die Verbin­ dungsstahlbleche über Schraub- und/oder Nietverbindungen an die Stahlprofile montiert sind und die Korrosionsprodukte aus Spaltbereichen zwischen Stahlprofilen und Verbindungs­ stahlblechen entfernt werden. Das Verbindungsstahlblech ist insbesondere ein sogenanntes Knotenblech, dass vorzugsweise zur Verbindung von Stahlprofilen in Stahlkonstruktionen von Hochspannungsfreileitungsmasten eingesetzt wird. Beispiels­ weise wird ein solches Knotenblech im Kreuzungsbereich von diagonal angeordneten Stahlprofilen dieser Stahl­ konstruktionen verwendet.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass vor Entfernung der Korrosionsprodukte der jeweilige Spaltbereich bzw. der zugeordnete Spalt aufgeweitet wird. Zweckmäßigerweise kann der Spalt mit Hilfe eines Keils oder Meißels aufgeweitet werden. Beispielsweise wird der Spalt dabei um etwa 1 cm geöffnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform, der im Rahmen der Erfin­ dung besondere Bedeutung zukommt, ist dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Korrosionsprodukte durch mechanische Behandlung, vorzugsweise mit Hilfe einer Stichsäge, aus den Spaltbereichen entfernt werden. Dabei werden zweckmäßiger­ weise Stichsägen mit unterschiedlicher Schränkung der Sägeblätter eingesetzt, mit denen die Korrosionsprodukte funktionssicher aus den Spaltbereichen herausgearbeitet werden können. - Obwohl die mechanische Entfernung der Korrosionsprodukte die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, liegt es nichtsdestoweniger auch im Rahmen der Erfindung, die Korrosionsprodukte durch thermische Behandlung, vorzugsweise mit Hilfe eines Schneidbrenners, aus den Spaltbereichen zu entfernen. Bei der thermischen Behandlung, vorzugsweise mit dem Schneid­ brenner, werden die Korrosionsprodukte in den Spalt­ bereichen verbrannt. Beim Einsatz eines Schneidbrenners wird dieser zweckmäßigerweise in geringem Abstand parallel entlang der Stahlelemente geführt. Zweckmäßigerweise wird als Schneidbrenner ein zum Entfernen von Nieten verwendeter Nietkopfabschneider, der eine entsprechende Brennerdüse aufweist, eingesetzt. - Es hat sich gezeigt, dass poröse Korrosionsprodukte, die in Spaltbereichen von wetterfesten Baustählen zu finden sind, durch die thermische Behandlung effektiv herausgebrannt werden können. Bei Korrosions­ produkten mit hoher Dichte ist jedoch die mechanische Be­ handlung vorzuziehen und daher ist diese mechanische Behandlung die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. - Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nach der mechanischen Entfernung der Korrosionsprodukte oder der thermischen Entfernung der Korrosionsprodukte in den Spalt­ bereichen verbliebene lose Korrosionsprodukte durch Druck­ luft ausgeblasen werden.

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass die in den Spaltbereichen vorhandenen Korrosionsprodukte auch im montierten Zustand der Stahlelemente sehr voll­ ständig entfernt werden können, ohne dass ein aufwendiges Auseinandermontieren der Stahlelemente erforderlich wird. Diese Entfernung der Korrosionsprodukte, vorzugsweise durch mechanische Behandlung, ist möglich, da sich die Korrosionsprodukte insbesondere in Spaltbereichen bilden, die an die Außenränder der Stahlelemente angrenzen bzw. von außen leicht zugänglich sind. Gegenüber dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren ergibt sich der beacht­ liche Vorteil, dass das aufwendige Auseinandermontieren der Stahlelemente und das aufwendige Entfernen der ent­ sprechenden Verbindungsmittel entfällt. Beispielsweise ist ein Zeit- und arbeitsaufwendiges Entfernen von Nieten durch Abtrennen des Nietkopfes und Heraustreiben des Nietschaftes nicht erforderlich. Im Vergleich zu den bekannten Maßnahmen ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch nicht notwendig, die Stahlkonstruktionen aus statischen Gründen abzustützen, wenn Stahlelemente entfernt werden bzw. Schraub- und/oder Nietverbindungen geöffnet werden. Über­ raschenderweise wird durch das Aufbringen der erfindungs­ gemäßen Schweißnaht nach Entfernung der Korrosionsprodukte ein langfristiger Korrosionsschutz der Stahlelemente erzielt.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, wird die Spaltweite eines Spaltbereiches nach Entfernen der Korrosionsprodukte mit einer Spannvorrichtung reduziert. Hierzu können zweck­ mäßigerweise Spannzwingen eingesetzt werden. Es versteht sich, dass diese Spaltweitenreduzierung vor Aufbringen der erfindungsgemäßen Schweißnaht durchgeführt wird und die Spaltweite dabei so eingerichtet wird, dass die Schweißnaht funktionssicher auf der Spaltöffnung angebracht werden kann. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Spaltweitenreduzierung insbesondere dann durchzuführen, wenn der entsprechende Spalt zuvor und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung für die Entfernung der Korrosionsprodukte aufgeweitet wurde. Die Spaltweiten­ reduzierung wird aber vor allem auch dann erforderlich, wenn größere Spaltbreiten vorliegen, die durch das sogenannte Aufblühen der Korrosionsprodukte entstehen. Durch die Spaltkorrosion werden die Stahlelemente häufig plastisch verformt, so dass sich auch nach Entfernen der Korrosionsprodukte aus den Spaltbereichen der Spalt nicht vollständig schließt. Im Anschluss an die Reduzierung der Spaltweite mit Hilfe der Spannvorrichtung wird die an der Außenoberfläche der Stahlelemente angeordnete Spaltöffnung zumindest bereichsweise mit der Schweißnaht feuchtigkeits­ dicht verschlossen. Erfindungsgemäß wird die Naht als Schweißnaht, zweckmäßigerweise als Kehlnaht, ausgeführt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass diese Schweißnaht relativ dünn an den Rändern der Spaltbereiche aufgebracht wird, stets mit der Maßgabe, dass die Spaltöffnung dabei feuchtigkeitsdicht verschlossen wird, so dass korrodierende Flüssigkeiten nicht in die Spaltöffnungen eindringen können. Bei Spaltbereichen, die zwischen miteinander verbundenen Stahlelementen ausgebildet sind, beispielsweise zwischen Stahlprofilen und daran montierten Verbindungs­ stahlblechen, ist es nicht erforderlich, dass die Schweiß­ naht nach Maßgabe der mechanischen Beanspruchungen ausge­ legt wird, die diese Verbindung aufzunehmen hat. Diese mechanischen Beanspruchungen werden regelmäßig durch die Verbindungsmittel, insbesondere die Schraub- und/oder Niet­ verbindungen, aufgenommen. Es liegt im Rahmen der Erfin­ dung, dass die gesamte Spaltöffnung zwischen oder in Stahl­ elementen mit der erfindungsgemäßen Schweißnaht ver­ schlossen wird. Vorzugsweise werden die Oberflächen, auf die die Schweißnaht aufzubringen ist, vor dem Aufbringen der Schweißnaht geschliffen. Hierdurch wird insbesondere ein funktionssicherer Halt der erfindungsgemäß aufge­ brachten Schweißnaht gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird nach Entfernung der Korrosionsprodukte aus den Spaltbereichen zumindest eine korrosionshemmende und/oder hydrophobe Substanz in die Spaltbereiche ein­ gebracht. Zweckmäßigerweise wird die zumindest eine Substanz nach der Reduzierung der Spaltweite eingebracht. Als korrosionshemmende Substanzen können Bleimennige und/oder Zinkpigmente eingesetzt werden. Als hydrophobe bzw. feuchtigkeitsabweisende Substanzen werden zweck­ mäßigerweise Öle und/oder Wachse in die Spaltbereiche eingebracht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, aushärtende Substanzen, beispielsweise Epoxydharze und/oder Polyurethane, in die Spaltbereiche einzubringen. Nach bevor­ zugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, wird eine dünnflüssige niedrigviskose Rostversiegelungsflüssigkeit auf der Basis feuchtigkeitserhärtender Polyurethane als Korrosionsschutz­ mittel in die Spaltbereiche eingebracht. Diese Rostver­ siegelungsflüssigkeit dringt besonders effektiv auch in dünne und dichte Rostschichten ein. Die im Rost enthaltene Feuchtigkeit wird als Gas abgespalten und verdampft mit dem Lösungsmittel der Rostversiegelungsflüssigkeit. Die Poren des Rostes werden mit Polyurethan ausgefüllt und ver­ siegelt. Erfindungsgemäß werden die genannten Substanzen nach Verschließen der Spaltöffnung in die Spaltbereiche eingeführt. Zweckmäßigerweise wird hierzu in ein Stahl­ element zumindest ein Bohrloch eingebracht, über welches Bohrloch die genannten Substanzen in den Spaltbereich eingeführt werden. Vorzugsweise wird zumindest eine Gewindebohrung in einem Stahlelement eingebracht, in welche Gewindebohrung zweckmäßigerweise eine Vorrichtung zum Einbringen bzw. Einpressen der Substanzen eingeschraubt werden kann. Bei dieser Vorrichtung kann es sich beispiels­ weise um einen Schmierstoffspender handeln. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, das Bohrloch bzw. die Gewinde­ bohrung mit einem sogenannten Schmiernippel zu versehen, an welchen Schmiernippel die Vorrichtung zum Einbringen bzw. Einpressen der Substanzen angeschlossen werden kann. Über das Bohrloch bzw. die Gewindebohrung oder über den Schmier­ nippel kann zumindest eine korrosionshemmende und/oder hydrophobe und/oder aushärtende Substanz in die Hohlräume des Spaltes unter Druck eingepresst werden. Das Einbringen der genannten Substanzen in die Spaltbereiche ist insofern zweckmäßig, als nach Entfernung der Korrosionsprodukte in der Regel mehr oder weniger große Korrosionsnarben an den Stahlelementen verbleiben, so dass korrosionsgefährdete Hohlräume entstehen, welche durch die genannten Substanzen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens langfristig funktionssicher gegen Korrosionen geschützt werden.

Im Ergebnis zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bekannten Maßnahmen durch eine wenig arbeits­ kosten- und zeitaufwendige Arbeitsweise aus. Insbesondere ist für die Durchführung des Verfahrens lediglich eine geringe Anzahl von Arbeitsgeräten erforderlich. Grund­ sätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Sanierung der verschiedensten Stahlkonstruktionen geeignet. Vorzugsweise findet das Verfahren Anwendung bei der Sanierung der Stahlkonstruktionen bzw. Gitterkonstruktionen von Hochspannungsfreileitungsmasten, die in beträchtlicher Anzahl vorhanden sind. Insbesondere auf diesem Gebiet bietet das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche wirt­ schaftliche Vorteile.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei über eine Schraubver­ bindung verbundene Stahlelemente,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 nach Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Stahlblech mit Korrosions­ spalt,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 nach Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt zwei montierte Stahlelemente 1, 2 eines Hochspannungsfreileitungsmastes, die als Stahlprofil 1 und daran über eine Schraubverbindung 3 angeschlossenes Verbin­ stahlblech 2 ausgeführt sind. Zwischen den Stahlelementen 1, 2 sind Spaltbereiche 4 ausgebildet, die Korrosions­ produkte 5 enthalten. In Fig. 1 ist erkennbar, dass durch Aufblühen der Korrosionsprodukte 5 weite Spaltbereiche 4 zwischen den Stahlelementen 1, 2 entstanden sind und die Stahlelemente 1, 2 hierdurch plastisch deformiert wurden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Korrosions­ produkte 5 im montierten Zustand der Stahlelemente 1, 2 aus den Spaltbereichen 4 durch mechanische Behandlung, vorzugs­ weise mit einer Stichsäge, entfernt. Im Anschluss daran wird die Spaltweite der Spaltbereiche 4 mit einer nicht dargestellten Spannvorrichtung reduziert und hierbei die Stahlelemente 1, 2 weitgehend in ihren ursprünglichen Zustand verformt. Anschließend wird die an der Außen­ oberfläche der Stahlelemente angeordnete Spaltöffnung 7 mit einer Schweißnaht 8 feuchtigkeitsdicht verschlossen. Danach wird eine korrosionshemmende Substanz 6 in die Spalt­ bereiche eingebracht. Fig. 2 zeigt die Stahlelemente 1, 2 nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Randbereich eines Ver­ bindungsstahlbleches 2 einer Stahlkonstruktion. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Spaltbereich 4 erkennbar, der im Randbereich des Verbindungsstahlbleches 2 und im Innern des Verbindungsstahlbleches 2 zwischen den Blechoberflächen durch Korrosion entstanden ist. Eine solche Spaltkorrosion in Stahlblechen resultiert in der Regel aus Walzfehlern, die bei der Herstellung der Stahlbleche auftreten. Entlang einer bei der Herstellung der Stahlbleche entstandenen unerwünschten Doppelung können korrodierende Substanzen an den Stahlblechrändern eindringen. Fig. 3 zeigt, dass das Aufblühen der Korrosionsprodukte 5 zu einem Spaltbereich 4 mit erheblicher Weite in dem Verbindungsstahlblech geführt hat. - Erfindungsgemäß werden die Korrosionsprodukte 5 durch mechanische Behandlung aus dem Spaltbereich 4 entfernt und anschließend die Spaltweite des Spalt­ bereichs 4 mit einer Spannvorrichtung, vorzugsweise einer Spannzwinge, weitgehend reduziert. Fig. 4 zeigt das Verbin­ dungsstahlblech 2 nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die an der Außenoberfläche des Verbindungs­ stahlbleches 2 angeordnete Spaltöffnung 7 wurde mit Hilfe einer Schweißnaht 8 feuchtigkeitsdicht verschlossen. An­ schließend wird eine korrosionshemmende Substanz 6 in den Spaltbereich 4 eingebracht. Im Ergebnis wird ein lang­ fristiger Korrosionsschutz des Verbindungsstahlbleches 2 erzielt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Sanierung von Stahlkonstruktionen, insbesondere von Hochspannungsfreileitungsmasten, aus montierten Stahlelementen (1, 2), wobei zwischen oder in den Stahlelementen (1, 2) Korrosionsprodukte (5) ent­ haltende Spaltbereiche (4) ausgebildet sind, wobei die Korrosionsprodukte (5) im montierten Zustand der Stahlelemente (1, 2) aus den Spaltbereichen (4) entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die an der Außenoberfläche der Stahlelemente (1, 2) angeordnete Spaltöffnung (7) zumindest bereichsweise mit einer Schweißnaht (8) feuchtigkeitsdicht verschlossen wird, daß in einem Stahlelement (1, 2) zumindest ein Bohr­ loch eingebracht wird und daß an das Bohrloch eine Vorrichtung angeschlossen wird, mit welcher Vorrichtung nach dem Verschließen der Spaltöffnung (7) mit der Schweiß­ naht (8) zumindest eine korrosionshemmende und/oder hydrophobe Substanz in den Spaltbereich eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlelemente (1, 2) als Stahlprofile (1) und an diese Profile (1) über Schraub- und/oder Nietverbindungen (3) angeschlossene Verbindungsstahlbleche (2) ausgeführt sind und die Korrosionsprodukte (5) aus Spaltbereichen (4) zwischen Stahlprofilen (1) und Verbindungsstahlblechen (2) entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Spaltbereiche (4) in einem als Stahlblech ausgeführten Stahlelement (2) ausgebildet sind und die Korrosions­ produkte (5) aus diesen Spaltbereichen (4) entfernt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsprodukte (5) durch mechanische Behandlung, vorzugsweise mit Hilfe einer Stichsäge, aus den Spaltbereichen (4) entfernt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite eines Spaltbereiches (4) nach Entfernen der Korrosionsprodukte (5) mit einer Spann­ vorrichtung reduziert wird.