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Korrosion von Beton und Stahlbeton durch chemische Verbindungen und Mikroorganismen 29.9.1984 - Peter Rauch -

5. Verhaltensweise des Betons unter Einwirkung von Mikroorganismen
5.1. Allgemeines zur mikrobiologischen Korrosion

Es werden oft Korrosionserscheinungen festgestellt, die nicht sofort auf das Wirken von Mikroorganismen zurückzuführen sind. Bakterien, Pilze, Algen, Flechten oder Urtierchen können fast alle Naturprodukte und Industrieerzeugnisse angreifen, schädigen oder zersetzen. Die dabei gewonnene Energie wird zum Zellenaufbau benötigt, ebenso ein Teil der umgewandelten chemischen Verbindungen oder Elemente. Diese Prozesse sind aber je nach Mikrobenart sehr unterschiedlich. Es werden Holz, Zellstoff, Papier, Leder, Gummi, Textilien, Wolle, Öle, Paraffine, Wachse, Treib- und Schmierstoffe, Knochen, Glas, Steine, Baustoffe, Leime, Anstrichstoffe, Bitumen, Kunststoffe und Metalle angegriffen. Ein bestimmter Mikroorganismus (Bakterien, Pilze, ...) siedeln sich nur einen bestimmten Ort an. Er benötigt günstige Lebensbedingungen, wie einen bestimmten pH-Bereich, bestimmte Temperatur und aerobes oder anerobes Milieu. Sind diese Bedingungen gegeben, so kann ein bestimmter Stoff angegriffen werden, der als Lebensgrundlage dient. Donnendorf konnte in [/2/,103] folgendes feststellen: "Die Mikroorganismen können den Werkstoff direkt oder indirekt schädigen. Ein direkter Angriff erfolgt vor allem durch rein mechanische Einwirkung auf das Metall, aber auch durch Abdeckung gewisser Oberflächenbereiche und damit Bildung von Belüftungs- bzw. Konzentrationselementen. Eine indirekte Einwirkung ist durch Stoffwechsel- und Zerfallsprodukte von Mikroorganismen möglich. Es können aggressive Gase, Säuren, ..." gebildet werden.
In den letzten Jahren wurde gerade dieser Korrosionserscheinung mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Es wurde das Wissenschaftsgebiet "Organismen und Werkstoff" geschaffen, welches sich mit den Erscheinungen und Problemen, die durch den Einfluss von Lebewesen auf Werkstoffe entstehen, beschäftigt.
Die mikrobiologische Industrie erlangt in der Zukunft immer mehr Bedeutung. Vorhandene Anlagen werden rekonstruiert oder erweitert. Es werden auch völlig neue Anlagen und Betriebe errichtet. Diese haben mit chemischen Anlagen darin eine gewisse Ähnlichkeit, da die für die Prozeßdurchführung (Fermentation) benötigten Nährlösungen aus verschiedenen Chemikalien und Substraten (z.B. Alkanole, Molke, Sulfate, usw.) zusammengesetzt sind. Die biologischen Prozesse finden vorwiegend bei der Erzeugung von Futtereiweißstoffen, der Gewinnung oder Reinigung von Eisen, Cu, Mangan, ... aus geringwertigen Erzen, in der Lebensmittelindustrie z.B. Käserei, Brauerei ... und in der Pharmazie unter anderem die Penicillinherstellung, u.a. ihre Anwendung.
Bei der Züchtung von Mikroorganismen können durch günstigere Bedingungen auch außerhalb der Fermentationsanlagen hohe Konzentrationen an Keimen auftreten. Dabei können die Mikroorganismen in Verbindung mit Chemikalien, die zwangsläufig auftreten, Korrosionsschäden an Betonbauteilen verursachen. Solche Schäden lassen sich nicht sofort, sondern erst im Verlauf einer längeren Zeit erkennen. So wurde der Betonfußboden der Fermentationsanlage in Seelow in einem Jahr so zerstört, dass er mit einer Schutzschicht versehen werden musste. In den nachfolgenden Punkten wird auf die Korrosion durch Mikroorganismen hingewiesen. Dabei wird aber auch auf solche Werkstoffe, wie Bitumina, Anstriche-, Kunststoffe und Glas eingegangen, die im Säureschutz Anwendung finden aber durch bestimmte Mikroorganismen besiedelt sowie mikrobiologisch abgebaut werden können.

5.2. Die Korrosion von mineralischen Werkstoffen durch Mikroorganismen

Die Korrosion durch Mikroorganismen kann, ebenso wie die bisher beschriebenen Arten der Korrosion, unter verschiedenen Bedingungen verlaufen. "Kalkstein kann neben natürlich vorkommenden mineralischen Baustoffen durch Bakterien geschädigt werden. Bei dem Zweiphasenwerkstoff Beton wird sowohl der Zementstein als auch der Zuschlag, jedoch auf unterschiedliche Weise, durch die Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen angegriffen. Die große innere Oberfläche des Zementsteins, die z.T. bis zu 200m2/g beträgt, macht sich in diesem Zusammenhang besonders bemerkbar." [/12/,11]
Eine Art der Korrosion des Betons erfolgt durch den SO2-Gehalt der Atmosphäre oder den Sulfatgehalt des Wassers. Die organischen und anorganischen Schwefelverbindungen werden unter aneroben oder aeroben Bedingungen zur Mineralisierung zu Sulfat oder zur H2S-Bildung angeregt.
Die Korrosion durch Mikroorganismen " ... geschieht vor allem durch die Tätigkeit der acidophilen Thiobacillus-Arten, die verschiedene Schwefelverbindungen zu Schwefelsäure oxidieren. Thibbacillus concretivorus entwickelt sich optimal bei pH 2 bis 4 und wächst noch bei pH 1. Durch seine starke Säurebildung vermag dieser Organismus aus Beton erstellte Abwasserleitungen, Kläranlagen, Hafenbauten, Brückenpfeiler usw. zu zerstören und dadurch große Schäden hervorzurufen. Eine ähnliche Rolle können die übrigen acidophilen Thiobacillen, wie Th. thiooxidans und Th. ferrooxidans, spielen. Sie alle bewirken auch die Korrosion von Metallen und anderen säureempfindlichen Materialien." [/5/,181] Ebenso können durch nitrofizierende Bakterien Säuren gebildet werden. Die Schwefel- und salpetrige Säure bewirkt eine Senkung des pH-Wertes, was gleichzeitig die Ansiedlung anderer Kulturen ermöglicht.
"Ein Weg des Mineralabbaus, besonders von Beton, ist die mikrobiologische Oxidation des in der Luft und im Regenwasser vorhandenen Ammoniaks über Nitrit und Nitrat; dabei wird Kalziumkarbonat umgewandelt, das pulverförmig unter einer harten Kruste zurückbleiben kann. ... Es gibt aber auch Zerfall von Kalkstein, bei dem der pulvrige Rückstand im Zusammenhang mit mikrobiologischer Oxidation von SO2 Kalziumsulfat enthält."
[/12/,12] Solche Schäden treten dort auf, wo viel Feuchtigkeit, z.B. in Kühltürmen, Abwasserschächten und Ställen, vorkommt.

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