Tunnel Schindellegi, Schwyz CH

KKS im Tunnel Schindellegi – die technisch und wirtschaftlich interessante Alternative

Konventionelle Betoninstandsetzung von Betontragwerken aus Stahlbeton stellt einen enormen Eingriff in ein Bauwerk dar, ist kostspielig und zeitintensiv – bei Tunneln noch dazu ein Verkehrshindernis. Ausserdem kann man einen Tunnel nicht entlasten: Der Betonabtrag muss minimalisiert werden, um die Standsicherheit während der Instandsetzung sicher zu stellen. Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) ist eine technisch und wirtschaftlich besonders interessante Alternative zur konventionellen Instandsetzung von Stahlbetontunneln.

Der Strassentunnel Schindellegi, auch H8-Tunnel genannt, im Schweizer Kanton Schwyz wurde ursprünglich im Jahr 1972 erbaut, ist 168 Meter lang. Er führt den Verkehr vierspurig am Dorf Schindellegi vorbei zwischen Zug und dem Zürichsee. Die Untersuchung der Bausubstanz hatte verdeutlicht, dass seit der letzten Instandsetzung im Jahr 2003 Schadstoffe – insbesondere Chloride – bis in grössere Tiefen des Stahlbetontragwerks eingedrungen waren. Eine fachgerechte Instandsetzung zur langfristigen Sicherung der Standfestigkeit des Tunnels war erforderlich. Im Rahmen der Betoninstandsetzung 2021 entschied das Projektteam, den Tunnel mit kathodischem Korrosionsschutz zu versehen und gleichzeitig die Betondeckung zu erhöhen.

Das Instandsetzungsprinzip Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) sieht vor, am Stahlbetonbauwerk einen Gleichstrom anzulegen, der dem Korrosionsstrom entgegen gesetzt ist. Dadurch finden auf der Stahloberfläche nur noch kathodische Teilreaktionen statt. Die Korrosion des Bewehrungsstahls lässt sich auf nahezu null reduzieren. Lochfrasskorrosion wird gestoppt und der Zustand der Bewehrung bleibt erhalten.

Für die Instandsetzung mit KKS ist der Abtrag von chloridbelastetem oder carbonatisiertem Beton nur soweit notwendig, bis ein tragfähiger Untergrund entsteht, um das Anodensystem zu installieren und die erforderliche Anodenüberdeckung herzustellen. Die Tunnelinspektion empfahl Handlungsbedarf für die Deckenuntersichten, die Unterzüge, die oberen Wandstreifen sowie für die Stützen und die Fugen. Diese Flächen waren bei der letzten Instandsetzung im Jahr 2003 nicht bearbeitet worden. Eine Instandsetzung von oben war ausgeschlossen, schon weil der Tunnel 7 Meter hoch mit Erdmaterial überschüttet ist.

Die Schweizer Experten der suicorr AG haben das Sanierungskonzept Kathodischer Korrosionsschutz im Detail ausgearbeitet und dabei insgesamt 1.855 Quadratmeter Decke, 162 Quadratmeter Unterzüge, 72 Quadratmeter Stützen und 486 Quadratmeter Wandflächen mit jeweils 13 Millimeter Bandanoden versehen. Die gesamte Fläche ist in 8 Schutzzonen unterteilt und jede einzelne der Schutzzonen kann separat geregelt werden. Die Einstellungen in den jeweiligen Schutzzonen sind abhängig von Parametern wie u.a. Grösse, Feuchtigkeit, Korrosionsaktivität oder auch der Art der Anode. Zusätzlich wurden für 35 Quadratmeter Deckenfläche, 12 Quadratmeter Stützen und 23 Quadratmeter Wandfläche sowie auf 116 Metern Fugen Stabanoden unterschiedlicher Länge eingebaut. Die Stabanoden dienen dazu, auch die hinteren Lagen der Bewehrung zu erreichen und zu schützen.

Die Stabanoden werden in Bohrlöchern montiert. Diese werden anschliessend mit zementgebundenem, hoch fliessfähigem Vergussmörtel verfüllt. Er stellt den elektrolytischen Kontakt zwischen den Anoden und dem Konstruktionsbeton her. Zur Einbettung der Anoden kam der Nassspritzmörtel StoCrete TS 203 zum Einsatz. Dieser polymervergütete Betonersatz besitzt herstellerseits die Systemprüfungen als Anoden- und Instandsetzungsmörtel für das Instandsetzungsprinzip Kathodischer Korrosionsschutz für Stahlbeton mit Titan-Mischoxid Anoden. Der Betonersatz im KKS sollte stets einen ähnlichen elektrolytischen Widerstand haben wie der Altbeton. Auch nach Erreichen der Ausgleichsfeuchte im Mörtel verbleibt ausreichend Feuchtigkeit im Porengefüge des Mörtels erhalten, die die erforderliche Ionenwanderung sicherstellt.

Ausserdem erfüllt StoCrete TS 203 weitere entscheidende Eigenschaften für die Instandsetzung von statisch relevanten Betontragwerken. Der Betonersatz entspricht der Klasse R4 gemäss EN 1504-3 und erfüllt die Baustoffklasse A2-s1, d0 (nichtbrennbar) nach EN 13501-1. Diese Einordnung in die sehr gute Brandklasse beruht auf den im Mörtel enthaltenen speziellen Kunststofffasern. Sie verbessern das Brandverhalten deutlich und die Standsicherheit wird um ein Vielfaches erhöht. Der niedrige statische E-Modul sorgt dafür, dass der Betonersatz Bewegungen im Bestandsbeton folgen kann, ohne dass es zu Rissbildungen oder Ablösungen des Materials kommt. Zusätzlich wird das hervorragende mechanische Verhalten durch sein geringes Schwindmass unterstützt. Der Betonersatz hat wegen seiner geringen kapillaren Wasseraufnahme einen hohen Widerstand gegen das Eindringen von in Wasser gelösten chemischen Bestandteilen. Die Wiederherstellung des Feuerwiderstandes im Tunnel wurde durch die Erhöhung der Betondeckung durch Aufspritzen von StoCrete TS 203 in einer Schichtdicke von bis zu 300 Millimetern erreicht. Die in StoCrete TS 203 enthaltenen Polypropylen (PP)-Fasern verhindern im Brandfall Abplatzungen: Die Fasern schmelzen. Im Beton enthaltenes Porenwasser kann als Wasserdampf durch die so entstandenen Kanäle entweichen.

Die spritzrauhe Oberfläche wurde im Anschluss mit dem exklusiv in der Schweiz erhältlichen 2-K mineralischen Feinspachtel StoCrete TF 300 grob und fein beschichtet. Das Material der Klasse R3 ist ein System für glatte Oberflächen im Tunnelbau. Abschliessend wurden die Tunnelröhren mit der EP Beschichtung StoPox TU 100 beschichtet. Mechanisch hoch widerstandsfähig und speziell für Betonoberflächen, die regelmässig intensiv gereinigt werden müssen, bietet StoPox TU 100 durch seine Oberflächenstruktur besten Schutz vor Schmutzpartikeln. Partikel wie Russ können sich weniger gut festsetzen, die Oberfläche muss seltener und ohne chemische Zusätze gereinigt werden. Die helle, nicht reflektierende Beschichtung trägt zur Verkehrssicherheit des Tunnels bei.

Betoninstandsetzung ging einher mit der Erneuerung der Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen des Schindellegi-Tunnels. Das Sanierungskonzept KKS in Verbindung mit hochleistungsfähigen StoCretec Mörteln und dem Oberflächenschutzhaben das Bauwerk für die nächsten Jahrzehnte Nutzungsdauer bestens vorbereitet.