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Einführung



Stahlbetonkonstruktionen gelten allgemein als sehr langlebig. Durch Umwelteinflüsse und Einwirkung von Substanzen, die im Beton oder an der Bewehrung (elektro-)chemische Reaktionen hervorrufen, kann die Lebensdauer von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken erheblich eingeschränkt werden.

Lochkorrosion an Stahlbetonbewehrung.

Die hauptsächlichen Ursachen für Schäden an Betonbauwerken sind Karbonatisierung und das Eindringen von Chloriden in den Beton.
Karbonatisierung wird durch chemische Reaktion des Zementsteins mit Kohlendioxyd der Luft hervorgerufen und bewirkt, daß der normalerweise hohe pH-Wert, der den Bewehrungsstahl vor Korrosion schützt, in Bereiche abfällt in denen der Stahl korrodieren kann.
Chlorid, das z. B. von Tausalz oder Meerwasser stammen kann, kann im Beton bis zur Bewehrung vordringen, wo es Korrosion in Gang setzt. In Gegenwart von Chlorid kann Bewehrungsstahl auch im hochalkalischen Milieu korrodieren.

In den meisten Fällen bewirkt die Korrosion eine Volumenvergrößerung, wodurch die Betonoberfläche zerstört wird. Es kommt zu Abplatzungen. Im Zusammenhang mit Chlorid kann es allerdings auch vorkommen, daß der Stahl zersetzt wird ohne daß es zu einer Volumenvergrößerung kommt. Der Stahl kann in solchen Fällen erheblich geschädigt werden, bis hin zur völligen Auflösung ohne daß dies durch Risse oder Ausbrüche bemerkbar wird.

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Das duromac CP-System



duromac CP250 Das Korrosionsschutzsystem duromac CP kommt vorwiegend bei bereits bestehenden Betonbauwerken zum Einsatz, wenn Schäden festgestellt werden, die durch korrodierenden Bewehrungs­stahl entstanden sind. duromac CP wurde speziell fuer den nach­träglichen Einbau entwickelt. Als galvanisches System ist es wartungs­arm und sicher gegen Bedien­fehler. Da es ohne Strom­versorgung auskommt, eignet es sich auch für Anwendungen in entlegenen Gegenden.
Vor der Installation des Systems sollte eine Korrosion­suntersuchung durchge­führt werden. Eine solche Unter­suchung, die von qualifizerten Fach­leuten durchge­führt wird, gewähr­leistet zum einen, dass das System einwandfrei funktioniert und zum anderen kann durch genaue Untersuchung die Fläche, die tatsächlich mit Korrosions­schutz ausge­stattet werden muß, im allgemeinen erheblich reduziert werden. Nach unseren Erfahrungen reduziert sich die Fläche oft auf 10 bis 15% der ursprüng­lich unter Verdacht stehenden Fläche. Ent­sprechend reduzieren sich die Kosten.

Einbau duromac CP250 Wir empfehlen, die Verkabelung so auszu­führen, daß die Verbindung zwischen Anoden und dem zu schützenden Bewehrungs­stahl jederzeit getrennt werden kann. Dadurch können vielfältige Messungen durchgeführt werden, die eine genaue Überprüfung der Wirksamkeit der Installation auch nach Jahren noch ermöglichen. Neben der direkten Messung von elektrischen Kenngrößen wie Betriebsspannung und Schutzstrom, können auch Depolarisationstests durchgeführt werden und bei abgeschalteten Anoden kann durch Potentialmessungen auf Korrosionsherde geprüft werden.
Wird die Anodenleitung als Ring ausgefuehrt, ist es außerdem möglich die Unversehrtheit der Leitung zu prüfen. Das ist wichtig, da die, im allgemeinen sehr oberflächennah verlaufenden Anodenleitungen leicht beschädigt werden können, z.B. mit Bohrmaschinen, Winkelschleifer, durch Einschlagen von Nägeln und ähnlichem.

Datenlogger Zusätzlich kann die Installation mit einem Monitoringsystem ausgerüstet werden. Mit in den Beton eingebauten Referenzelektroden können an ausgewählten, kritischen Stellen Korrosionspotentiale permanent aufgezeichnet werden. Das bietet die Möglichkeit, bei Überschreiten vorher festgelegter Grenzwerte, korrigierend einzugreifen.
Mit netzunabhängigen Datenloggern, die wir ihrem Einsatz entsprechend vorkonfigurieren, können solche Potentiale und weitere Messwerte über lange Zeiträume aufgezeichnet werden.

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Bewehrungskorrosion



Korrosionsschäden an Stahlbetonbewehrung sind im wesentlichen auf zwei Schadmechanismen zurückzuführen, die Karbonatisierung des Betons und die Kontaminierung mit Chloriden.
Normalerweise ist die Bewehrung im Beton bei einem pH-Wert von ca. 12,5 sicher vor Korrosion geschützt, weil sich unter diesen Bedingungen eine sehr dünne und dichte Korrosionsschicht - die Passivschicht - bildet, welche die sonst bei Anwesenheit von Wasser und Sauerstoff ablaufende Korrosion praktisch bis zum Stillstand verlangsamt.

Durch Karbonatisierung des Betons kann der pH-Wert so weit fallen (<10,5), daß sich die Passivschicht großflächig auflöst und der Stahl zu rosten beginnt. Dabei handelt es sich um eine chemische Reaktion des Porenwassers im Zementstein mit dem Kohlendioxid aus der Luft. Als Reaktionsprodukt entsteht Kalkstein.

Die Passivschicht kann aber auch durch Chloride zerstört werden, wodurch der Stahl auch in unkarbonatisiertem Beton rosten kann, häufig in Form von lokal begrenzter, aber schnell voranschreitender Lochkorrosion. Chloride können in Form von Salzen in den Beton eindringen. Quellen für das Salz können zum Beispiel Tausalz, Meerwasser, salzige Böden oder auch Kabelbrände sein.

Man nimmt an, daß zwei Drittel der Schäden an Stahletonbrücken in Deutschland durch Chlorid verursacht werden, etwa fünf Prozent durch Karbonatisierung.

Stahlbetonbewehrung mit Flugrost (1).

Stahlbetonbewehrung (10mm) mit Flugrostansatz durch Witterungseinflüsse während längerer Lagerung an der Luft.

Stahlbetonbewehrung mit Rost (2).

Stahlbetonbewehrung (16mm) aus einem Betonbauteil entnommen. Die Korrosion hatte, bedingt durch das größere Volumen der Korrosions­produkte gegenüber dem Stahl, die Beton­deckung abgesprengt.

Stahlbetonbewehrung mit erheblicher Abrostung (3).

Überreste eines Bewehrungs­stabes mit ursprünglich 12mm Durch­messer.

Chloridinduzierte Korrosion (4).

Bewehrungsstab (16mm) mit leichtem Korrosions­angriff. Der Bewehrungsstab wurde einem mit Chloriden kontaminierten Bauteil entnommen. Man sieht die für Chlorid­einwirkung typische örtliche Begrenzung der Rost­stelle. Außerhalb dieser Rost­stelle ist der Stahl völlig intakt.

Chloridinduzierte Korrosion (5).

Bewehrungsstab (16mm) mit Lochkorrosion. Die Korrosion wurde durch Chlorid (Salz) verursacht, welches durch die Betonoberfläche bis zur Bewehrung vorgedrungen ist. Die Korrosion hatte in diesen Fall keine Beschädigung (Abplatzung) der Beton­ober­fläche bewirkt. Die Schäden wurden zufällig entdeckt.

Der Umstand, daß solche Schäden oft unentdeckt bleiben, weil die Beton­ober­fläche intakt bleibt, macht die chloridinduzierte Korrosion besonders gefährlich.

Chloridinduzierte Korrosion (6).

Gleiche Lochkorrosionsstelle wie oben. Der Restquerschnitt beträgt weniger als 20%.
Das Beispiel zeigt auch, daß bei einer stichprobenhaften Kontrolle durch öffnen des Betons solche Schädigungen leicht unentdeckt bleiben können.
Bei einem Anfangs­verdacht sollte deshalb eine flächen­deckende Unter­suchung durch geeignete Maßnahmen (Potential­feld­messung mit zugehörigen Tests) durch­ge­führt werden.

Chloridinduzierte Korrosion (7).

Stahlbetonbewehrung (12mm) mit Loch­korrosion. Man sieht deutlich, wie Loch­korrosion Bewehrungs­stäbe auf engen Raum durch­trennen kann.

Chloridinduzierte Korrosion (8).

Endhaken (16mm) mit erheb­lichen Abrostungen.

Chloridinduzierte Korrosion (9).

Überreste eines völlig durch­gerosteten Bewehrungs­stabes mit ursprünglich 32mm Durch­messer.


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Kathodischer Korrosionsschutz



Schema Lochkorrosion. Vereinfachtes Schema des Korrosions­vorganges:

Der Werkstoff Stahl hat durch die Ver­hüttung von Eisenerz einen unnatürlich hohen Energie­gehalt, der in atmo­sphärischer Umgebung, bei Vorhanden­sein von Wasser und Sauer­stoff, abgebaut wird. Dabei treten Eisen­atome unter Elektronen­abgabe aus dem Gitter­verband aus (anodische Teil­reaktion = Eisen­auflösung); die frei­werdenden Elektronen reagieren an anderer Stelle der Metall­oberfläche mit Wasser und Sauerstoff (kathodische Teilreaktion = Sauerstoff­reduktion). Zwischen Anode und Kathode entsteht dabei auf der Metall­oberfläche eine Potential­differenz, die mit geigneten Messinstrumenten nachgewiesen werden kann.

Diese natürliche Korrosions­reaktion wird bei hohen pH-Werten, wie sie im Beton anzu­treffen sind, durch Ausbildung einer besonderen Korrosions­schicht - der Passiv­schicht - stark behindert. Solange diese Passiv­schicht intakt ist, korrodiert Stahl in Beton nicht. Korrosion wird auch bei defekter Passiv­schicht erschwert, wenn entweder Wasser oder Sauer­stoff nicht aus­reichend vor­handen sind.

Normalerweise sind beide Komponenten jedoch im Porenwasser des Betons vorhanden und können auch durch die Bauteil­oberfläche in die Poren des Beton­gefüges eindringen.

Bei der Reaktion von Sauer­stoff und Wasser mit den, an der Anode entstandenen, freien Elek­tronen entstehen Hydroxyl­ionen, die sich im Elektrolyten (dem Porenwasser) mit den aus dem Gitter­verband aus­tretenden Eisen­ionen zu Fe(OH)2 verbinden, einem ersten Korrosions­produkt, das mit Sauer­stoff reagiert.

Schema Opferanode. Korrosionsschutz durch Opferanoden:

Unedlere Metalle neigen dazu ihre Elek­tronen leichter abzu­geben als edlere Metalle. Ein Maß dafür, wie leicht Elek­tronen aus dem Metall­gitter abge­geben werden, ist das sogenannte Standard­potential, welches z. B. bei Zink (Zn) deutlich negativer ist als bei Eisen. (Eine Rang­liste der Standard­potentiale ist die elektro­chemische Spannungs­reihe der Metalle.)

Wird Zink in den Beton einge­bettet und elektrisch leitend mit dem Stahl verbunden, über­nimmt Zink die Funktion der Anode, da es ein negativeres Ruhe­potential aufweist als zuvor anodisch reagierende Bereiche der Bewehrung. Das Potential der Bewehrung wird dann in Bereiche verschoben, in denen selbst bei hohen Chlorid­gehalten keine nennens­werte Auflösung mehr statt­findet. Bei richtiger Planung und Dimen­sionierung kann damit ein bauwerks­erhalten­der, lang­lebiger und preis­werter kathodischer Korrosions­schutz (KKS) realisiert werden.


Duromac CP


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