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Montag, 16. September 2019
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Wissenschaft & Technik, Produktions- & Prüftechnik

Betonkorrosion – noch immer ein Thema

Montag, 15. April 2019

Auch wenn es eine Vielzahl an Bemühungen gibt, die Ursachen der Betonkorrosion zu verstehen und mögliche Abhilfen zu schaffen, ist es insbesondere die hohe Ausgangsalkalität des Betons, die es zu beherrschen gilt. Im Gastbeitrag erklärkt Tobias Böttge vom ILF Magdeburg, worauf es ankommt.

Bild 1: Bewehrungskorrosion infolge Carbonatisierung

Bild 1: Bewehrungskorrosion infolge Carbonatisierung

Der Baustoff Beton hat nach der Herstellung einen pH-Wert zwischen 12,5 und 13, der im Wesentlichen durch das bei der Hydratation entstehende Calciumhydroxid Ca(OH)2 bestimmt wird. Durch die Carbonatisierungsreaktion.

Ca(OH)2+ CO2 à CaCO3 + H2O

wird eine Neutralisation in Gang gesetzt. Der pH-Wert des Betons wird allmählich zum Neutralpunkt verschoben. Der im Stahlbeton zusätzlich eingebrachte Bewehrungsstahl erfährt bei pH-Werten oberhalb von 10 eine Passivierung der Oberfläche und damit einen Korrosionsschutz, d.h. der Bewehrungsstahl rostet nicht. Wird nun der pH-Wert des Betons durch äußere Einflüsse, wie zum Beispiel die Carbonatisierung, herabgesetzt, tritt ab pH-Werten von ca. 9,5 eine Gefährdung des Stahls ein. Der Stahl rostet und verursacht Absprengungen des Betons, die dann die oftmals beobachteten spektakulären Schadensfälle auslösen (Bild 1).

Zum Schutz vor zunehmender Carbonatisierung des Betons, d.h. Alkaliverlust, werden daher oftmals auch Beschichtungssysteme eingesetzt.

Nachweis der Eignung von Beschichtungen für den Einsatz auf Stahlbeton

Neben einer niedrigen Wasserdurchlässigkeit zum Schutz vor Wasseraufnahme (w ≤ 0,1 kg/(m2 ∙ h0,5)) verbunden mit einer möglichst hohen Wasserdampfdurchlässigkeit zur Gewährleistung einer schnellen Austrocknung des Untergrunds (V > 150 g/(m2 ∙ d)) müssen Beschichtungen für den Einsatz auf Stahlbeton zusätzlich eine Barrierewirkung gegenüber Kohlenstoffdioxid (CO2) aufweisen. Nur mit fachgerecht ausgewählten Beschichtungsstoffen bzw. Beschichtungssystemen kann eine zunehmende Carbonatisierung verhindert und der Bewehrungsstahl im Beton nachhaltig vor Korrosion geschützt werden.

Die Kohlenstoffdioxid-Diffusionsstromdichte (Permeabilität) i wird nach DIN EN 1062-6 bestimmt und sollte für CO2-bremsende Beschichtungen < 5 g/(m2 ∙ d) sein (enspricht einer diffusionsäquivalenten Luftschichtdicke sDvon > 50 m). Hierzu werden entweder freie Beschichtungsfilme oder beschichtete Probenstücke (z.B. Glasfritten) einem Messgas, bestehend aus synthetischer Luft mit 10 Vol.-% Kohlenstoffdioxid, ausgesetzt.

Das Probenstück verschließt dabei eine Messzelle, die granuliertes Natriumhydroxid auf einem Träger als Absorptionsmittel für Kohlenstoffdioxid enthält. Als Prüfkammer wird ein Exsikkator mit trockener Kohlenstoffdioxid/Luft-Atmosphäre (Messgas) genutzt, in dem mehrere gegenüber der Umgebung mit Wachs abgedichteten Messzellen gleichmäßig verteilt sind (Bild 2). Die Messzellen werden in regelmäßigen Zeitabständen (üblicherweise täglich) gewogen. Die Kohlenstoffdioxid-Durchlässigkeit wird aus der Massezunahme berechnet. Für Kontrollzwecke wird bei jeder Bestimmungsreihe eine Vergleichsfolie (Standard) mit bekannter Durchlässigkeit als Kalibrierfolie für die Messeinrichtung mitgemessen.

 

Betonkorrosion

Bild 2: Versuchsaufbau

Die zuverlässige Bestimmung der Kohlenstoffdioxid-Diffusionsstromdichte ist vor allem von der präzisen Einhaltung der folgenden Prüfbedingungen abhängig:

  • gasdichte Abdichtung der Messzellen
  • konstante CO2-Konzentration in der Prüfkammer (10 Vol.-%)
  • Zirkulieren des Messgases in der Prüfkammer (Realisierung durch Betrieb eines eingebauten Lüfters)
  • Trocknung des Messgases vor dem Einleiten in die Prüfkammer mit Kieselgel mit Feuchtigkeitsindikator, da das Natriumhydroxid auf einem Träger neben Kohlenstoffdioxid auch Wasser absorbiert und das Messergebnis dadurch verfälschen würde
  • Verwendung eines Molekularsiebs mit Indikator als Trockungsmittel in der Prüfkammer aus vorgenannten Gründen
  • konstante Umgebungstemperatur von (23 ± 2) °C (Realisierung durch Aufstellen der Prüfkammer in einem klimatisierten Raum)

Kontakt:

Tobias Böttge, iLF Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft Lacke und Farben mbH, tobias.boettge@ilf-magdeburg.de

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