Sika: Beratung und Lösungen für Bau des Teilchenbeschleunigers FAIR

(2.10.2024) In Darmstadt wird der Bau des Teilchenbeschleunigers FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research– Anlage für die Forschung mit Antiprotonen und Ionen) realisiert. Dieser entsteht seit 2017 auf einem rund 150.000 m² großen Gelände der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH. In dem 1,1 km langen Beschleunigertunnel und zahlreichen Nebengebäuden soll mit Hilfe eines Teilchenstrahls das Universum erforscht werden. Über 3.000 Wissenschaftler werden nach Fertigstellung das „Labor zur Erforschung des Universums auf der Erde” nutzen. Die Sika Deutschland GmbH unterstützt das Projekt mit umfassender technischer Beratung und innovativen Lösungen für Frischbetonverbundsysteme der Betonbauwerke sowie Boden- und Wandbeschichtungen für erhöhten Strahlenschutz.

Die Bauarbeiten gliedern sich in zwei Bauabschnitte: Los Nord (Beschleunigertunnel) und Los Süd (zugehörige Bauwerke). Die beteiligten Firmen werden von der Architektengemeinschaft ion42 als Planer gesteuert. Die in der Vorplanung erarbeiteten Detaillösungen und Materialnachweise wurden von ion42 und der STUVAtec (Studiengesellschaft für Tunnel und Verkehrsanlagen mbH, Köln) vorgegeben und geprüft. Für den Neubau des bis zu 20 m tiefen Beschleunigertunnels sollte die Betonkonstruktion zusätzlich mit einer sicheren Außenabdichtung versehen werden, die den hohen Druckbelastungen standhält. Hier kommt das innovative Frischbetonverbundsystem von Sika als zweite Abdichtungsebene der Konstruktion zum Einsatz. Auch in den über 25 angrenzenden, teils unter-, teils oberirdischen Bauwerken werden Beschichtungssysteme von Sika angewandt.

Technische Beratung seit 2013

Seit den ersten Kontakten im Jahr 2013 haben Experten der Sika Deutschland GmbH gemeinsam mit den Planern von ion42 und dem Bauherrn bereits in der Konzeptionsphase technische Beratung geleistet. 

„Wir haben das gesamte Frischbetonverbundsystem SikaProof als zusätzliche Abdichtungsebene zur Betonkonstruktion vorgestellt und schrittweise sind wir alle Komponenten, den Materialaufbau und die Wirkungsweise sowie Detailausbildungen bezogen auf die Projektbesonderheiten durchgegangen. Es wurde von Sika ein ausführliches Handbuch mit zahlreichen Details und Beschreibungen inklusive umfangreicher Nachweise erstellt,” so Marco Bloch, Produktingenieur Bauwerksabdichtung. 

Kombination der Betonkonstruktion mit außenliegendem Gesamtsystem

Die Betonkonstruktion wurde mit einem außenliegenden, optimal aufeinander abgestimmten Gesamtsystem kombiniert, bestehend aus dem Frischbetonverbundsystem SikaProof A-12, dem nachträglich applizierbaren Verbundsystem SikaProof P-12 und dem Fugen- und Rissabdichtungssystem Sikadur-Combiflex TF. 

„Um einen Wasserfluss zwischen der massiven Betonkonstruktion mit Dicken zwischen 2,40 m und bis zu 3,50 m im Bereich der Bodenplatte und der Bauwerksabdichtung zu unterbinden, wurde das bewährte Abdichtungssystem von Sika eingebaut. Hinzu kam, dass das Frischbetonverbundsystem neben dem Wasserdruck auch extrem hohen Flächenpressungen aus dem bis zu 20 m darüberliegenden Erdreich und dem Betontunnel standhalten muss,” erklärt Marco Bloch. 

Seitens der Bauherrenschaft waren Physiker involviert, die sich mit den Materialien auseinandersetzten. Nach der Entscheidung für das Frischbetonverbundsystem von Sika wurden laufend weitere Nachweise geführt und Detailausbildungen erarbeitet bzw. optimiert. Fünf Jahre dauerte die Vorplanung von der ersten Beratung bis zur Probeverlegung. Es entstand ein umfangreicher Katalog mit verschiedenen Detaillösungen für Bohrpfahlkopfausbildungen, Höhensprünge und zahlreiche weitere Bausituationen mit dem Frischbetonverbundsystem von Sika. Auch in dieser Phase erfolgte eine enge Zusammenarbeit mit dem Bauherrenvertreter ion42 und dem Tragwerksplanungsbüro Leonhardt, Andrä und Partner.

Frischbetonverbundsystem SikaProof A und SikaProof P

Vorteile des SikaProof Frischbetonverbundsystems:

• hohe Dichtigkeit (zugelassen für einen Druck von bis zu 20 m Wassersäule)
• hohe Festigkeit und Dehnfähigkeit
• hohe Kälteflexibilität 
• hoher Widerstand gegen mechanische Beanspruchung
• Rissüberbrückungsfähigkeit 
• druckwasserdichter Hinterlaufschutz 

Dabei basieren sowohl SikaProof A wie auch SikaProof P auf einer hochflexiblen Dichtungsbahn auf Basis von FPO (Flexibles Polyolefin). 

SikaProof A-12

Untergrundvorbereitung:

• sauberer, ebener und ausreichend fester Untergrund
• keine größeren Hohlstellen über 1,2 cm 
• Fläche darf feucht sein, stehendes Wasser ist zu entfernen
• geeignet sind Betonflächen (frei von spitzen, herausstehenden Zuschlagstoffen), Systemschalungen oder druckstabile Dämmstoffe
• raue Flächen sind ungeeignet und vor der Applikation zu bearbeiten

Anwendung: 

• Verlegung vor der Betonage auf der Sauberkeitsschicht oder Schalhaut bzw. lose auf dem Boden verlegt
• Beschwerung und Fixierung durch nachfolgende Stahlbewehrung wird sie beschwert und fixiert 
• Verwendung von Abstandhaltern aus Faserzement zur Einhaltung der geforderten Betonüberdeckung 
• Vornehmen von mechanischen Fixierungen im Wandbereich 
• Einsatz in ein- oder zweihäutig geschalten Konstruktionen möglich
• Überlappen und Fügen aller Nähte, längs und quer (Nahtfügung mittels Innentapes, doppelseitiger Klebestreifen oder Heißklebstoff möglich)

Die Betonierung der verlegten Fläche sollte innerhalb von 30 Tagen erfolgen. Erfolgt die Betonage von SikaProof A-12 später als einen Monat nach der Verlegung, ist die Fläche vor freier Bewitterung und UV-Strahlung zu schützen und zu verwahren. Nach dem Ausschalen ist die Fläche auf Beschädigungen zu kontrollieren und gegebenenfalls auszubessern. Spannstellen sind mit Sikadur-Combiflex TF oder SikaProof Patch-200B abzudichten.

SikaProof P-12

Untergrundvorbereitung: 

Abdichtungsexperte Thomas Stobb empfiehlt folgenden Applikationsablauf:

1. Untergrundvorbereitung der Fläche durch schleifen und gegebenenfalls sanieren von Fehlstellen mit Reparaturmörtel. Erforderliche Wartezeiten zur Aushärtung der Reparaturmörtel sind dabei zu beachten.
2. Abrunden/Abbrechen von Kanten oder Versprüngen
3. Vorbereiten von Kehlen durch die Herstellung einer Hohlkehle mit geeigneten mineralischen Mörteln
4. Vollflächiger Auftrag des Voranstrichs SikaProof Primer-01 unter Beachtung der Ablüftzeit
5. Applikation von SikaProof P-12

Die bewehrte Betonkonstruktion als Verlegeuntergrund muss folgende Eigenschaften erfüllen:

• Wasserundurchlässigkeit
• ausreichende Tragfähigkeit und Druckbelastbarkeit im Belastungszustand von mindestens 25 N/mm²
• Untergrundzugfestigkeit von mindestens 1,5 N/mm²
• Betonrestfeuchte max. 6% 

Anwendung:

• vertikales Verlegen der Bahnen im Wandbereich empfohlen
• Beachten des Regenschirmprinzips im Bereich der Stoßausbildungen 
• Überlappen der Stöße entsprechend der Verlegemarkierung auf den Bahnen 
• kräftiges und vollflächiges Anreiben der Fläche 
• Eindichten und Sichern sämtlicher Detailausbildungen wie Rohrdurchführungen, Ecken usw.
• Versiegeln und Sichern von T-Stößen und freien Stößen im Randbereich mittels Überklebens mit SikaProof Ex-Tape-150 

Der Anschluss an eine bestehende SikaProof A+ Fläche oder Bahn erfolgt analog der Stossausbildung durch eine mindestens 10 cm breite, verklebte Überlappung. Die bestehende SikaProof A+ ist entsprechend vorzubereiten. (Die Reinigung bzw. Säuberung von Trennmitteln erfolgt idealerweise mit Sarnafil T-clean und Sarnafil T-Prep.) Auch hier sind die T-Stöße entsprechend zu sichern. Nach Abschluss der Verlegearbeiten sind alle Flächen zu verwahren und vor mechanischer Beschädigung sowie freier Bewitterung zu schützen.

Das System SikaProof P-12 ist in Kombination mit SikaProof A+ und dem System Sikadur-Combiflex TF geprüft.

Sikadur-Combiflex TF

• für nahezu alle Arten von Fugen- und Rissabdichtungen 
• ermöglicht die Aufnahme dreidimensionaler Fugenbewegungen 
• gewährleistet eine druckwasserdichte Abdichtung
• besteht aus verschiedenen Dichtstreifen und Fugenbandprofilen aus thermoplastischem Elastomer (TPE) sowie einem epoxidharzbasierenden Systemkleber
• Einsatz vor und nach der Betonage unter der Bodenplatte, an der Wand oder im Deckenbereich möglich
• in Kombination mit den SikaProof Systemen A und P geprüft

Boden- und Wandbeschichtung

„Die Anforderungen an die Wasserdampfdiffusionsfähigkeit im Systemaufbau von Böden und Wänden waren wegen der massigen Bauteile wie insbesondere der 2,40 m dicken Bodenplatte extrem hoch. […] Erschwerend kam hinzu, dass die Wände mit dem Sandstrahl vorbereitet werden mussten. Diese Arbeiten konnten in den Innenräumen des Strahltunnels im BA Nord nur trocken erfolgen,” führt Jacqueline Send, Key Account Managerin Industriebau bei Sika, aus. 

System zur Beschichtung der Böden: 

• Sikafloor-81 EpoCem (dreikomponentiger Epoxidharz-Zementmörtel) als osmosesichere Verlaufsbeschichtung
• Sikagard WallCoat N (wässrige, farbige Versiegelung) als dekontaminierbare Beschichtung

Wandbeschichtungen: 

• Sika MonoTop-723 (kunststoffmodifizierter Feinspachtel) 
• Sikagard WallCoat N als dekontaminierbaren Beschichtung 

Mit dem Feinspachtel wurden die Betonoberflächen ausgeglichen und Lunker sowie Poren geschlossen. 

Beschichtung im Bereich der Rinnen:

• Sikafloor-701 mit Sika Reemat Premium als Verbundabdichtung 
• Sikafloor-390 N als dekontaminierbare Beschichtung 

Die Sika-Beschichtungssysteme können in Verbindung mit Sikafloor-81 EpoCem auf Untergründen mit hohem Feuchtegehalt oder Frischbeton eingesetzt werden. Der epoxidharzvergütete Fliessmörtel wird dabei in einer Schichtdicke von mindestens 2,0 mm aufgetragen.

Neubau Ionenbeschleuniger FAIR, Darmstadt

• Bauherr: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
• Baubeginn: 2017
• Bauunternehmen:
  • Arge FAIR Anlagenbereich Nord, Porr GmbH & Co. KGaA und Porr Bau GmbH
  • Arge FAIR Anlagenbereich Süd, Ed. Züblin AG, Züblin Spezialtiefbau GmbH und Strabag AG   
• Planer/Prüfer Bauwerksabdichtung: Arge ion42, DGI Bauwerk, Berlin und Schneider+Schumacher Architekten, Frankfurt
• Hersteller: Sika Deutschland GmbH, Stuttgart
• Produkte:
  • Frischbetonverbundsystem: SikaProof A-12, SikaProof P-12, Sikadur-Combiflex TF System
  • Beschichtung: Sikafloor-81 EpoCem, Sikafloor MultiDur ES-14 ECC, Sikagard WallCoat N (Böden), Sika Mono Top-723 DE, Sikagard WallCoat N (Wände, Brückenbauwerke), Sikafloor-701, Sika Reemat Premium, Sikafloor-390 N (Rinnen)

Weitere Informationen können per E-Mail an Sika Deutschland GmbH angefordert werden.