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The corrosion of steel in near-neutral porous media. Corrosion rate in carbonated concrete

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: https://www.research-collection.ethz.ch]

Diese Arbeit erläutert den Mechanismus der Stahlkorrosion in karbonisiertem Beton – als Modellsystem für dichte poröse Medien – unter Verwendung eines neuartigen Versuchsaufbaus und durch Interpretation der Ergebnisse auf der Grundlage einer Kombination aus der Theorie der Kapillarkondensation und strenger Elektrochemie. Stahlbeton ist weltweit das meist verwendete Material. Einer der wichtigsten Schädigungsprozesse von Stahlbetonkonstruktionen ist die Karbonatisierung, eine Reaktion mit dem CO2 aus der Umgebung. Wenn Kohlendioxid in die Porenstruktur eintritt, löst es sich in der Porenlösung auf und neutralisiert die anfänglich hohe Alkalität (pH >13), welche den Stahl im Beton vor Korrosion schützt. Dadurch geht die Passivität verloren und die Korrosion beginnt. Karbonatisierungsbedingte Korrosionsschäden verursachen jährlich Milliarden von Dollar an Kosten für die Instandhaltung und Instandsetzung von Betonbauwerken. Seit 1980 wird der Mechanismus der Korrosion in karbonisiertem Beton diskutiert. Doch nach fast 40 Jahren hat sich die Wissenschaft noch immer nicht geeinigt. In dieser Arbeit wurde die Korrosion von Stahl in karbonisierten Mörteln mittels eines neuartigen Versuchsaufbaus untersucht. Der neue Versuchsaufbau besteht aus kleinen (8 x 8 cm2) und dünnen (0.6 cm) Mörtelproben, die mit einer Referenzelektrode, 5 Stahldrahtelektroden und einer Gegenelektrode aus Edelstahl ausgestattet sind. Messbare Parameter sind elektrischer Widerstand, Korrosionspotential und Korrosionsrate, Sauerstoffdiffusion und -verbrauch. Ihre Auswertung ermöglicht die Untersuchung des Mechanismus der karbonatisierungsinduzierten Korrosion, insbesondere der Kinetik. Es wurde nachgewiesen, dass die traditionell vorgeschlagenen Mechanismen zur Überwachung der Korrosionsrate, wie der elektrische Widerstand und die kathodische Kontrolle, falsch sind. Die Verbindung von Elektrochemie und der Kapillarkondensationstheorie von Wasser ermöglichte es, den Mechanismus der pseudouniformen Korrosion von Stahl in einem dichten porösen System zu erklären. Der Sättigungsgrad der Porenstruktur definiert die "elektrochemisch aktive Fläche" der Stahloberfläche, die für die Grössenordnungen der Korrosionsraten in Abhängigkeit vom Expositionszustand verantwortlich ist. Andererseits beeinflusst das vorhandene Diffusionsvolumen für die Diffusion von Korrosionsprodukten die Elektrochemie des Systems, vor allem durch Veränderung des anodischen reversiblen Potentials und damit der Korrosionsrate. Zusammenfassend lässt sich der Korrosionsmechanismus von Stahl in karbonisiertem Beton bestimmen und die Korrosionsrate kann – für jeden unterschiedlichen Feuchtezustand, Wasser-Bindemittel- Gehalt und Bindertyp – in Abhängigkeit des Wassergehalts und Porosität ausgedrückt werden. Der Einfluss üblicherweise verwendeter Aktivatoren und Beschleuniger auf den Korrosionsprozess wurde ebenfalls untersucht und zeigt einen nicht unerheblichen Einfluss der Betonzusatzmittel auf den endgültigen Korrosionsprozess. Der Zementhydratationsbeschleuniger Ca(NO3)2 verstärkt die Korrosion durch seine Wirkung als Oxidationsmittel. Der Einsatz des Aktivators NaOH führte zu höheren Korrosionsraten, höchstwahrscheinlich durch Veränderung der finalen chemischen Zusammensetzung der Porenlösung. Die Verbesserung des mechanistischen Verständnisses von Korrosion in karbonisiertem Beton ist dringend erforderlich, insbesondere vor dem Hintergrund der grossen Bestrebungen der Zementindustrie, neue, umweltfreundliche Zemente zu entwickeln, die in der Regel einen geringeren Karbonatisierungswiderstand aufweisen.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Chemischer Angriff auf Beton - Prüfverfahren zur Bewertung des Säurewiderstands von Beton
DBV-Heft, Band 41
Fassung Mai 2017.
2017, 27 S., 12 Abb., 4 Tab., Softcover

 

 

In den letzten Jahren wurden diverse Prüfverfahren und Methoden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit von Beton bzw. Bindemittel hinsichtlich des Widerstands gegenüber betonaggressiven Einwirkungen beurteilen zu können. Ein wesentliches Ziel von Prüfverfahren zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Baustoffen ist, die im Laufe der Nutzungsdauer zu erwartenden Einwirkungen auf den Baustoff realitätsnah abzubilden. Dazu sind die Prüfparameter auf die im jeweiligen Anwendungsbereich vorherrschenden Umgebungs- und Randbedingungen anzupassen. Daneben sind auch die Bewertungskriterien individuell unter Berücksichtigung der im Einzelfall geforderten Nutzungsdauer eines Bauwerks festzulegen. Eine systematische Zuordnung von adäquaten Prüfverfahren bzw. Prüfparametern und Bewertungskriterien für die verschiedenen Anwendungsbereiche im Betonbau, in denen betonaggressive Einwirkungen auftreten, ist mit Ausnahme von Einzelfällen bislang nicht vorhanden. Daneben stellt sich in der Praxis immer wieder das Problem, das Angriffspotenzial der Umgebung eines Bauwerks prüftechnisch zu erfassen und zu bewerten. In Ergänzung zum DBV-Merkblatt "Chemischer Angriff auf Beton - Empfehlungen zur Prüfung und Bewertung" (Fassung Mai 2017) werden im DBV-Heft 41 "Chemischer Angriff auf Beton - Prüfverfahren zur Bewertung des Säurewiderstands von Beton" bisher nicht in Normen geregelte, aber in Deutschland durchaus gängige Prüfverfahren zur Beurteilung des Säurewiderstands von Beton zusammengestellt und in Bezug auf die wesentlichen Prüfparameter beschrieben.

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Ist-Zustandserfassung von Parkbauten in Betonbauweise
DBV-Heft, Band 39
Fassung Januar 2017.
2017, 76 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

 

 

Der Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen haben im Bereich von Parkhäusern und Tiefgaragen aufgrund der dort herrschenden Beanspruchungen eine besondere Bedeutung. Dies gilt vorrangig für die Instandhaltung von solchen Parkdecks, die direkt befahren sind, da diese erheblichen Beanspruchungen aus Chloriden in Kombination mit wechselnd nassen und trockenen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Wichtigste Voraussetzung für die sachkundige Planung von Instandsetzungsmaßnahmen ist die Ist-Zustandserfassung der betroffenen Betonbauteile. Dazu gehört nicht nur die Aufnahme von augenfälligen Schadensbildern, sondern auch die eingehende Untersuchung von schadensträchtigen Betonbauteilen. Diese wird üblicherweise mittels einer Kombination aus zerstörungsfreien und zerstörungsarmen Prüfverfahren durchgeführt. Welche Verfahren und Verfahrenskombinationen sind für eine Ist-Zustandserfassung von Betonbauteilen geeignet und haben sich in der Praxis bewährt? Was ist bei ihrer Durchführung zu beachten und wie sind die Prüfergebnisse zu beurteilen? Das Heft geht diesen Fragen nach und gibt entsprechende Antworten beziehungsweise liefert Ansätze für Problemlösungen. Die Beiträge wurden von Autoren erarbeitet, die bei den vom DBV jährlich bundesweit veranstalteten Arbeitstagungen zur Betoninstandsetzung referierten.

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Korrosion der Bewehrung im Bereich von Trennrissen nach kurzzeitiger Chlorideinwirkung
DBV-Heft, Band 35
Fassung Juni 2015.
2015, 36 S., 31 Abb. u. 11 Tab., Softcover

 

 

Bei der Erarbeitung des aktuellen DBV-Merkblatts "Parkhäuser und Tiefgaragen" (2. überarbeitete Ausgabe September 2010) wurde von dem Erkenntnisstand ausgegangen, dass bei kurzen Einwirkzeiten - das DBV-Merkblatt spricht hier von maximal einer Wintersaison - i. d. R. nicht mit standsicherheitsrelevanten Korrosionsschäden der Bewehrung zu rechnen ist. Daraus wird die Empfehlung abgeleitet, dass alle Risse immer kurzfristig und dauerhaft unmittelbar nach der Winterperiode zu schließen sind, sodass eine weitere Chlorid- und Feuchtezufuhr verhindert wird. In der Fachwelt wurde diese Empfehlung immer wieder hinterfragt, da keine dokumentierten Untersuchungen dazu vorlagen, ob und inwieweit das Schließen der Risse nach einer Wintersaison mit Chlorideintrag tatsächlich zu einer für die Dauerhaftigkeit und Standsicherheit unkritischen Bauwerkssituation führt. In dem Bericht zum DBV-Forschungsvorhaben 292 "Korrosion der Bewehrung im Bereich von Trennrissen nach kurzzeitiger Chlorideinwirkung" - durchgeführt an der RWTH Aachen - kommen die Forscher zu dem Ergebnis, dass "die Schädigung - genauer die Abtragsrate - nach der Rissverpressung auf ein unschädliches bzw. vernachlässigbares Maß herabfällt." Dies führt zu der Erkenntnis, dass "die Gesamtschädigung am Stahl aus der Beaufschlagungsphase und den 15 Monaten danach in den meisten Fällen nicht als kritisch bezüglich der Tragfähigkeit einzustufen ist." Damit kann die vorgenannte im DBV-Merkblatt ausgesprochene Empfehlung, also Risse kurzfristig nach deren Auftreten dauerhaft zu schließen, als hinreichend abgesichert angesehen werden - insbesondere im Vergleich zu möglichen anderen Maßnahmen, die u. U. zu erheblichen Eingriffen in das Tragwerk führen und deswegen weniger empfehlenswert sind.

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Kurt Schönburg
Korrosionsschutz am Bau
2006, 382 S., zahlr., überw. farb. Abb., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Voraussetzung für einen sachgerechten Korrosionsschutz am Bau ist ein umfangreiches Grundwissen über die Prozesse der Korrosion sowie anwendungsbezogene Kenntnisse über die vielfältigen Technologien des Korrosionsschutzes. Hierbei stehen im Bauwesen die Beschichtungstechniken an vorderer Stelle. Auf der Basis seiner langjährigen Erfahrungen vermittelt der Autor zunächst die Grundlagen der Korrosion an Metallen und Nichtmetallen. Anschließend zeigt er typische Korrosionsgefahren an Bauwerken auf, befasst sich mit Fragen der Ökologie, des Denkmalschutzes und der Werterhaltung beim Korrosionsschutz und gibt den neuesten Stand der Korrosionsschutz- und Beschichtungstechnik im Bauwesen wieder.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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C.-A. Graubner, Tilo Proske, Sebastian Hofmann
Entwicklung von basaltbewehrten Deckenplatten für den Wohnungsbau
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3244
2021, 135 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Infolge von Bewehrungskorrosion entstehen oftmals Schäden an Stahlbetonbauteilen, was aufwändige Sanierungsmaßnahmen erforderlich macht. Durch die Verwendung nichtrostender Basaltfaserverbundkunststoffbewehrung, können diese Schäden vermieden werden. Um diesen Bewehrungstyp in der Baupraxis und insbesondere im Wohnungsbau anwenden zu können, sind genaue Kenntnisse des Bauteiltragverhaltens von Betonbauteilen mit dieser Bewehrung erforderlich. Da die Basaltfaser aus ökologischen und ökonomischen Aspekten großes Potential zur Anwendung in FVK-Werkstoffen und aufgrund der physikalischen Eigenschaften auch als Bewehrungsmaterial aufweist, wurde in diesem Forschungsprojekt deren Anwendung in Deckenbauteilen aus Beton für den Wohnungsbau erforscht.

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Matthias Pahn, Christian Caspari
Lückenforschung Faserkunststoffbewehrung (FKB)
Untersuchung des Langzeitverbundverhaltens von Bewehrung aus faserverstärktem Kunststoff
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3227
2021, 127 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton ist maßgebend abhängig vom Korrosionswiderstand des Betonstahls. Der Korrosionsschutz wird durch die hohe Alkalität des umgebenden Betons gewährleistet. Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Temperatur, Luft- und Wasserverschmutzungen sowie chemische und biologische Medien können die Alkalität des Betons beeinflussen und die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton herabsetzen. Durch die hohe Beständigkeit gegen aggressive Medien bietet die nichtmetallische Faserkunststoffbewehrung (FKB) eine Lösungsmöglichkeit für Bauteilschäden infolge Stahlkorrosion. Speziell Bauwerke die einem hohen Korrosionsrisiko unterliegen, eröffnet sich durch den Einsatz einer nichtmetallischen Bewehrung ein hohes Potential diese als dauerhafte und wartungsarme Betonkonstruktionen auszuführen.

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Jürgen Mietz, Annette Burkert, Andreas Burkert, Bernhard Jonas, Gerd Eich, Joachim Baszynski
Korrosionsschutzwirkung von Korrosionsschutzmassen für Spannglieder ohne Verbund. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3071
2005, 48 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur Bestimmung der Korrosionsschutzwirkung von Korrosionsschutzmassen (Wachse bzw. Fette) in Verbindung mit Spanngliedern ohne Verbund gibt es z.Zt. keine speziellen Prüfmethoden. Um die Wirksamkeit dieser Massen für den vorgesehenen Einsatz zu verifizieren, wird bisher auf Prüfverfahren aus anderen Anwendungsbereichen zurückgegriffen. Der Einsatz im Spannstahlbereich basiert deshalb überwiegend auf vorliegenden Erfahrungswerten. Dies ist insbesondere für die Zulassung neuer Schutzmassen ein erheblicher Nachteil und behindert neue Produktentwicklungen. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Sperrwirkung von vier handelsüblichen Korrosionsschutzmassen gegenüber Wasser, ihre Unterwanderungsneigung sowie ihre zusätzliche Korrosionsschutzwirkung zu untersuchen. Für die Prüfungen wurden Schutzmassen mit unterschiedlichen Schichtdicken auf Spannstähle appliziert. Die Versuchsbedingungen wurden kritischen Belastungsfällen (Kondenswasserbeaufschlagung, künstliche Bodenlösung, direkter Bodenkontakt) angepasst.

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Konrad Zilch, Angelika Schießl
Überprüfung des Nennmaßes der Betondeckung im Falle von chloridinduzierter Korrosion mit Hilfe einer Dauerhaftigkeitsbemessung
Bauforschung, Band T 2967
2001, 15 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird eine Dauerhaftigkeitsbemessung für chloridinduzierte Korrosion durchgeführt. Unter Berücksichtigung des w/z-Wertes, der Zementart und des Klimas wird der Sicherheitsindex für eine Lebensdauer von 50 Jahren in Abhängigkeit der Betondeckung bestimmt. Die Ergebnisse werden mit den in verschiedenen Normen (DIN 1045-1, prEN 1992-1) vorgeschriebenen Betondeckungen verglichen. Außerdem wird die Betondeckung für eine Lebensdauer von 100 Jahren bestimmt und eine Empfehlung für eine entsprechende Normenformulierung gegeben.

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Klaus Erler
Chemische Korrosion von Holz und Holzkonstruktionen. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 2916
2000, 26 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Holz ist unter chemisch-aggressiven Bedingungen ein korrosionsstabiler Werkstoff, unterliegt aber in seinen Randzonen bei langjähriger Einwirkung aggressiver Agenzien strukturellen und chemischen Veränderungen. Holzkorrosion ist die von der Oberfläche ausgehende Schädigung bzw. Störung des Holzes infolge chemischer und/oder chemisch-physikalischer Reaktion bei Wechselwirkung mit seiner Umgebung. In der Studie werden zunächst die bisherigen Erkenntnisse und Forschungsergebnisse ausgewertet. Es werden weiterhin die Korrosionserscheinungen bei Holz dargestellt und häufige aggressive Medien in Aggressivitätsgrade eingeordnet. Relevant aggressive Medien und ihr Korrosionseinfluss, auch der Einfluss von Holzschutzmitteln sowie die Mazeration an Dachkonstruktionen werden analysiert. Es wird von der Annahme einer korrodierten, nicht mehr tragfähigen Randschicht rund um den Querschnitt ausgegangen. Die Breite dieser geschädigten Randzone ist abhängig von der Nutzungsdauer des Bauwerks, von der vorherrschenden Luftfeuchtigkeit und von der Art und Konzentration des aggressiven Mediums. Die Entwürfe der Holzbauvorschriften DIN 1052:1999-09 und Eurocode 5 - ENV 1995-1-1 wurden in Bezug auf Textstellen zur Berücksichtigung von chemisch-aggressiven Einflüssen auf Holz ausgewertet. Es wird eine Ergänzung unter den Abschnitten Dauerhaftigkeit für notwendig gehalten. Abschließend wird ein Textvorschlag zur Aufnahme in DIN 1052 und Eurocode 5 vorgelegt. Dieser Vorschlag enthält Angaben zu Querschnittsreduzierung durch den allseitigen Abzug einer festigkeitsgeminderten Randschicht bei einer durchschnittlichen Nutzungsdauer der Bauwerke von 75 Jahren und zwar für Vollholz und Brettschichtholz.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Funke, Matthias
Korrosionsbeständigkeit und Trinkwasserhygiene
Moderne Gebäudetechnik, 2022

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Clauß, Felix; Mark, Peter
The transparent bridge - Coda wave analysis on prestressed concrete structures (kostenlos)
BFT International, 2022

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Novak, Gregor
Die zerstörungsfreie Prüfung von Brückenseilen und deren Endverbindungen
Stahlbau, 2022

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Mayer, Till Felix
Elektrochemische Potentialmessung zum Auffinden von Bewehrungskorrosion. Neufassung 2021 des Merkblatts B3 der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung DGZfP
Beton- und Stahlbetonbau, 2022

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Schießl-Pecka, Angelika; Strehlein, Doris
Einsatz von Hydrophobierungen nach der TR Instandhaltung des DIBt. Vorgehen aus der Perspektive des Planers und Praxisbeispiel
Beton- und Stahlbetonbau, 2022

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Highlights aus dem Programm