Dauerhaftigkeit Part I Flashcards
Dauerhaftigkeitsprobleme in %
- Design 40%
- Execution 28%
- Materials 18%
- Use 10%
- Planning 4%
Direkte Forderung nach dauerhaftigkeit der Bauteile
Deskriptives Konzept
- Mittlere Lebens- oder Nutzungsdauer stehen fest (i.d.R 50 Jahre)
- Einwirkungen stehen fest (Expositionsklassen)
- Üblicher Aufwand für Instandhaltung
- Betonzusammensetzung und Ausführungsregeln werden durch das technische Regelwerk vorgeschrieben
Schädigungsprozess
Physisch
Expositionsklasse XF
Frost
Betonkorrosion
Schädigungsprozess
Chemisch
Expositionsklasse XA
SO4^2-
Betonkorrosion
Elektrochemisch
Stahlkorrosion
Carbonatisierung CO2
Expositionsklasse XC
Carbonation
Bewehrungskorrosion
Elektrochemisch
Stahlkorrosion
Chlorideintrag
Expositionsklasse XD & XS
Delcing salt
Sea water
Bewehrungskorrosion
Mechanische Angriffe
Expositklasse XM
Transportvorgänge
Diffusion
Konzentrationsunterschiede
Transportvorgänge
Permeation
Druckunterschied
Transportvorgänge
Kapillares Saugen
Oberflächenkräfte
Porenarten
Rüttelporen
10^-2 - 10^-4
Porenarten
Luftporen
10^-3 - 10^-5
Porenarten
Kapillarporen
10^-4 - 10^-8
Porenarten
Gelporen
meso, mikro
10^-10 - 10^-7
Porosität & Feuchtigkeitstransport
- Gelporen “zwischen” den Hydratphasen (hauptsächlich C-S-H)(<=10nm)
- kapillarporen (>= 10nm)
- Zementhydrate mit chemisch & adsorptiv gebundenem Wasser
Ausblühungen
Wasseraufnahme
Salze gehen in die Lösung
Ausblühungen
Austrocknung
Salze bleiben an der Oberfläche zurück
Ausblühung Beispiele
• Kalkausblühungen
- Mauerwerk + Beton
• Sulfatausblühungen
- Ziegel
Ausblühung
Inlösunggehen calciumreicher Bestandteile
Ca(OH)2 + H2O -> Ca^+2 + 2OH^- + H2O
Ausblühung
Partielle Verdunstung des Wassers an der Oberfläche
Anreicherung der gelöste Ionen
Ausblühung
Reaktion (hier mit CO2) zu unlöslichen Salzen
Ca^+2 + 2OH^- H2O + CO2(g) -> CaCO3 + 2H2O
Zementhydratation (pH > 12,5)
Zement + Wasser -> C-S-H + Ca(OH)2
Carbonatisierung = Neutralisierung
Ca(OH)2 + CO2(g) + H2O -> CaCO3 + 2H2O pH < 9
Verschiedene Stadien der Carbonatisierung
- Diffusion des CO2 als Gas in den Beton über die Kapillarporen
- Ausbildung einer carbonatisierten Reaktionsfront
- Fotscjreitende Carbonatisierung bis zum Erreichen des Bewehrungsstahls
- Beginnende Korrosion der Bewehrung wenn pH < 8-9
Prinzipieller Korrosionsmechanismus
kann nur stattfinden, wenn:
• Etwas feuchte (Elektrolyt)
• Sauerstoff an der Stahloberfläche
• Aufhebung der Passivierung von Stählen (i.e. pH Wert < 9 oder CI) Lokalen Potentialunterschieden
Scahdensbeispiele
- zu geringe Betonüberdeckung
* Inhomogenitäten infolge unzureichender Verdichtung
Test der Carbonsatisierungstiefe mit Hilfe von Phenolphtalein
Phenolphtalein Test (Indikator)
• 1%ige Phenolphthaleinlösung in 70%igem Alkohol
• Lösung wird auf frische Betonbruchfläche aufgesprüht (Labor gespaltene Zylinder bzw. Balken; Bauteil gespaltene Bohrkerne)
• Farbumschlag von violett auf farblos bei pH < 8,2
• Messung der Tiefe des farblosen teils = Carbonatisierungstiefe
Carbonatsisierungsgeschwindigkeit
- messen der Carbonatisierungstiefe an Betonbruchflächen mit Phenolphtalein (mm)
- Ermittlung des Alters t des Betons aus bauunterlagen
k = Carbonatisierungstiefe/Wurzel(t)
• je kleiner k
- desto widerstnadsfähiger ist der Beton gegenüber dem Carbonatisierungsfortschritt
- desto größer ist die theoretische Lebensdauer
-
Korrosionsprobleme durch Betondeckung vorbeugen
- Schutz des Stahls vor Korrosion (Dauerhaftigkeit -> Carbonatisierung; Chlorid)
- Sicherstellung des Verbundes zwischen Stahl und Beton zur Kraftübertragung
- Schutz der Bewehrung gegen Brandeinwirkung
- gute Bauausführung ist enorm wichtig
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Grundlegendes Problem
Bewehrungskorrosion infolge Neutralisierung des alkalischen Mileus im Beton
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Betontechnologiesche Lösung des Problems
Dichter Beton
- Zemente mit hohem O´Portlandklinkeranteil im Vorteil
- Einhaltung der Mindestzementgehalte
- Absenkung des w/z Wertes von Vorteil (geringer Porosität)
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Betontechnologiesche Lösung des Problems
Ausreichende Betondeckung
- Betondeckung nach Regeln entsprechend DIN 1045
- Benutzung entsprechender Abstandshalter
- ggfs. Nachkontrolle
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Betontechnologiesche Lösung des Problems
Gute & ausreichend lange Nachbehandlung des Betons
- Sicherstellen eines ausreichenden Reaktionsgrades des Zements
- Vermeidung vorzeitiger Austrocknung (Abdecken, Belassen in Schalung, Besprühen mit Wasser…)
Wie kommen Chloride in den Beton?
Betonausgangsstoffe
- Unvermeidbar da in jedem Ausgangsstoff vorhanden
* Grenzwerte gelten (für Beton Chloridklassen EN 206-1)
Wie kommen Chloride in den Beton?
Einwirkung von Tausalz
- Verwendung von Salzen (NaCl, CaCl2, MgCl2) als Taumittel
- Betrifft hauptsächlich Verkehrsbauwerke (z.B. Brücken) im Spritzwasser-, Sickerwasser und Sprühnebelbereich sowie angrenzende abfließende Bereiche
Wie kommen Chloride in den Beton?
Einwirkung von Meersalz
- Dauerbeanspruchung (wassergesättigte Bereiche, Tauchzone)
- Wechselbeanspruchung (Wechselbeanspruchung (Wasserwechselbereich)
- Kapillarzone (oberhalb der Wasseroberfläche)
Wie kommen Chloride in den Beton?
Brandfall
• Verbrennung von PVC und damit verbundene Freisetzung von Chloriden
Chloridinduzierte Korrosion
- Diffusion der Cl-Ionen in den Beton über porenlösungsgefüllten Kapillarporen
- Ausbildung eines “Chloridprofiles” (Cl-Konzentration über den Betonquerschnitt)
- Cl erreicht Bewehrungsstahl und Korrosionsauslösung bei einer kritischen Konzentration
mechanismus Chloridinduzierte Lochfrasskorrosion
Chlorid - Kreislauf
- Fe²+ + 2Cl- (aq) -> FeCi2
2. FeCi2 + 2(OH)- -> Fe(OH)2 + 2Cl- (aq)
mechanismus Chloridinduzierte Lochfrasskorrosion
Fe²+
Anode (Lochfraßnarbe) Eisenauflösung
mechanismus Chloridinduzierte Lochfrasskorrosion
2(OH)
Kathode Sauerstoffreduktion
Kritischer korrosionsauslösender Chloridgehalt
• Kritische Werte laut EN-206-1
- Stahlbeton 0,4% Chlorid bezogen auf den Zementgehalt
- Spannbeton 0,2% Chlorid bezogen auf den Zementgehalt
Messung der Chlorideindringtiefe
Indikatorlösung an Bruchflächen
- Gibt nur 1. Hinweise
- Funktioniert nur teilweise (z.B. UV Verfahren funktioniert nicht bei trocknen Betonen; Chromat-verfahren nicht bei tausalzbeaufschlagte Btonen
Messung der Chlorideindringtiefe
Erstellung von Chloridprofilen
• Entnahme von Bohrmehl aus unterschiedlichen Betontiefen
Nur gelöste Chlorid-Ionen stellen für eine chloridinduzierte Korrosion dar
- chemisch gebunden
- Physikalisch gebunden (Adsorption)
- freie Cl- Ionen
Einfluss Zementart auf den Chlorideindringwiderstand
deutliche Verringerung der Chlorideindringgeschwindigkeitt durch Verwendung von Komopositzement bzw. Zusatzstoffen
Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Grundlegendes Problem
Bewehrungskorrosion (“Lochfrass”) infolge von Stahldepassivierung duch Chloridangriff
Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Betontechnologische Lösung des Problems
Beton (Zusammensetzung und Durchlässigkeit)
- Kompositzement im Vorteil (insb. HÜS haltige)
- Max. Cl- Gehalt (Stahlbeton 0,4 M.- % Ci bez. auf Zement)
- Einhaltung der Mindestzementgehalte
- ggfs. Korrosiosinhibitoren
- Absenkung des Wasser/Zementwertes (Porosität sinkt)
Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Betontechnologische Lösung des Problems
Ausreichende Betondeckung
- Betondeckung entsprechend DIN 1045
- Benutzung entsprechender Abstandhalter
- ggfs. Nachkontrolle
Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Betontechnologische Lösung des Problems
Gute und ausreichend lange Nachbehandlung des Betons
- Sicherstellen eines ausreichenden Reaktionsgrades des Zements insbesondere von Kompositzementen
- Vermeidung vorzeitiger Austrocknung (Abdecken, Belassen in Schalung, Besprühen mit Wasser, etc.)
