duromac CP

Inhalt

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.

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 (10mm) mit Flugrostansatz durch Witterungseinflüsse während längerer Lagerung an der Luft.
	Stahlbetonbewehrung (16mm) aus einem Betonbauteil entnommen. Die Korrosion hatte, bedingt durch das größere Volumen der Korrosionsprodukte gegenüber dem Stahl, die Betondeckung abgesprengt.
	Überreste eines Bewehrungsstabes mit ursprünglich 12mm Durchmesser.
	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.
	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.
	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.
	Stahlbetonbewehrung (12mm) mit Lochkorrosion. Man sieht deutlich, wie Lochkorrosion Bewehrungsstäbe auf engen Raum durchtrennen kann.
	Endhaken (16mm) mit erheblichen Abrostungen.
	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.