Korrosionsverhalten von Stahl in Beton bei Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl bei gerissenem Beton
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während der kurzzeitigen Chloridexposition von 12 Wochen (entspricht in etwa einer Winterperiode) kam es bei ca. 60 % der PZ-Proben zu einer Depassivierung der risskreuzenden Anode. Dabei stellten sich Treibspannungen von bis zu 300 mV ein, die zu anfänglichen Makroelementströmen bis zu 70 µA führten. Von den HOZ-Proben zeigten nach der Beaufschlagung ebenfalls ca. 60 % aller Proben Anzeichen aktiver Makroelementkorrosion, die sich jedoch in einem geringeren Makroelementstrom von max. 40 µA äußerte. Unabhängig von der Betonzusammensetzung deuteten die elektrochemischen Parameter bei allen aktiven Proben im weiteren Verlauf der Exposition (keine weitere Chloridbeaufschlagung mehr, nachfolgende Beschichtung des Risses) auf eine Verringerung der Korrosionsaktivität hin. Dabei kam es bei den PZ-Proben bei 7 der 11 depassivierten Proben bereits vor Beschichtungsauftrag zum Erliegen der Korrosionsaktivität, hier wurde ein Anstieg des anodischen Polarisationswiderstands beobachtet. Von den 8 aktiven HOZ-Proben repassivierten bereits 4 vor Beschichtungsbeginn, hier wurden sowohl steigende anodische Polarisationswiderstände als auch steigende Elektrolytwiderstände festgestellt. Nach der Beschichtung kam es bei allen noch korrosionsaktiven PZ-Proben zunächst zu einem sprunghaften Anstieg des Makroelementstroms, der in drei Fällen jedoch spätestens 310 Tage nach Beschichtung vollständig zum Erliegen kam. Der anodische Polarisationswiderstand stieg um einen Faktor 5, während der Elektrolytwiderstand seinen Wert lediglich verdoppelte. An den 4 noch korrosionsaktiven HOZ-Proben wurde nach der Beschichtung in allen Fällen eine gleichmäßige, kontinuierliche Reduzierung der Korrosionsaktivität festgestellt, die bei drei Proben zum Erliegen des Makroelementstroms innerhalb von einem halben Jahr nach der Oberflächenbeschichtung führte. Bei einer Probe wurde bis zum Zeitpunkt der Berichterstellung ein minimaler Gesamtstrom gemessen. Bei den passiven PZ-Proben wurde auf Höhe der Bewehrungslage ein Chloridgehalt von im Mittel 0,70 M.-%/z festgestellt, wohingegen aktive Proben einen Chloridgehalt von 1,04 M.-%/z aufwiesen. Bei HOZ-Proben wurden bei den passiven Proben im Mittel eine Chloridkonzentration von 0,54 M.-%/z erreicht, die Chloridkonzentration an den aktiven Proben lagen im Mittel 0,66 M.-%/z geringfügig darüber. Zur Absicherung der für die Laboruntersuchung gewählten Chloridbelastung wurden Vergleichsproben aus einer gerissenen Zwischendecke eines Parkhauses herangezogen. Hier wurden auf Höhe der Bewehrungslage (c = 40 mm) Chloridkonzentrationen von 0,85 M.-%/z gemessen. Beim Vergleich dieser Zahlen kann festgestellt werden, dass die im Labor eingestellten Chloridbelastungen praxisnah waren. An den wenigen Proben mit hohen Makroelementströmen wurden zumeist Lochfraßnarben identifiziert, die bei der Probe PZ-03 die größte Tiefe von 2 mm aufwiesen. Die Schädigungen an den inspizierten Proben waren in der Regel so geringfügig, dass eine trennscharfe gravimetrische Quantifizierung der Mikrokorrosionsanteile nicht möglich war. Die numerische Simulation realistischer Bauteilgeometrien brachte weiteren Aufschluss zum Einfluss einzelner Parameter auf den Makroelementkorrosionsstrom. So konnte festgestellt werden, dass mit sinkender Treibspannung ein erheblicher Abfall der Korrosionsaktivität einhergeht. Da diese in den Laboruntersuchungen zumeist nur zu Beginn der Exposition die Maximalwerte der Simulation annahm, käme es bei den untersuchten Geometrien zu einer erheblichen Reduzierung der Korrosionsaktivität. Weiterhin wurde festgestellt, dass im Falle einer linienförmigen, lokal begrenzten Depassivierung der risskreuzenden Bewehrung durch einen Einzelriss höhere Abtragsraten auftreten können als wenn zusätzlich in Längsrichtung des Risses ein weiterer Bewehrungsstab zusätzlich noch depassiviert wurde. Mit sinkendem Elektrolytwiderstand bzw. Treibspannung wird diese jedoch signifikant verringert. Für das Instandsetzungsprinzip W-Cl kann abschließend festgehalten werden, dass die Abdichtung eines für eine Winterperiode für Chlorid offen zugänglichen Biegerisses eine wirksame Maßnahme darstellt, ggf. an risskreuzender Bewehrung initiierte Korrosion wieder zu deaktivieren. Die hier bestimmten maximalen Lochfraßnarbentiefen lagen bei 2 mm, die mittleren Tiefen lagen deutlich darunter. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass eine unter realen Bedingungen im Winter initiierte und ablaufende Korrosion zu geringeren Abträgen an der risskreuzenden Bewehrung führen wird, da sowohl Temperatur als auch Luftfeuchtigkeit im Labor (20°C/ 85%RH) korrosionstechnisch deutlich ungünstiger als bei Außenbauteilen eingestellt wurden. Zusätzlich kann aus den Ergebnissen abgeleitet werden, dass die Zunahme des Elektrolytwiderstands nicht ausschließlich zur Deaktivierung des Korrosionsprozesses beiträgt, sondern auch Deckschichtbildung und/oder Chloridumverteilung die Deaktivierung begünstigen könnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Korrosionsverhalten von Betonstahl im Bereich von Biegerissen nach kurzzeitiger Chloridbelastung. Erhaltung von Bauwerken - 4. Kolloquium der Technischen Akademie Esslingen, 27. und 28.01.2015, Esslingen, Deutschland, ISBN: 978-3-943563-17-7, pp. 447-455
Hiemer, F., Keßler, S., Gehlen, C.
- Reinforcement corrosion behavior in bending cracks after short-time chloride exposure. 4th International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting, 05. bis 07.10.2015, Leipzig, Deutschland, ISBN: 978-1-138-02843-2, pp. 99- 106
Hiemer, F., Keßler, S., Gehlen, C.
