Ingenieurbüro Peter Rauch
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Die chemischen Beständigkeit von Baumetallen gegenüber Bindemittel


1. Bindemittel
1.1. Gipsmörtel
1.2. Frischer Kalkmörtel
1.3. Steinholz, Magnesiamörtel
1.4. Lehm
2. Korrosionsverhalten von Nichteisenmetallen
2.1. Blei
2.2. Zink
2.3. Kupfer
2.4. Aluminium
2.5. Zinn
3. Korrosionsverhalten von Eisen- und Stahl
4. Korrosion - allgemein
5. Die Spannungsreihe

1. Bindemittel

1.1. Gipsmörtel (CaSO4 . 2H2O)

Frische, aber auch wieder durchfeuchtete, erhärtete Gipsmörtel enthalten gelöstes Sulfat, das Stahl zum Rosten bringt. Der pH-Wert einer Gipslösung liegt bei etwa 7. Für Rabitzarbeiten ist daher nur verzinktes Drahtgewebe zu verwenden. - Zink wird zwar auch durch Sulfatlösungen angegriffen, schützt aber das darunterliegende Eisen so lange, bis der Gipsputz trocken ist. Dann besteht bei Trockenheit allgemein keine Rostgefahr mehr. Blei ist in Gipswasser unlöslich und wird durch Gips nicht angegriffen. Hier wird eine Schutzschicht aus unlöslichem Bleisulfat PbSO4 gebildet. Einzugipsende Schutzrohre, Abzweigdosen usw. für elektrische Unterputzverlegung sind daher nicht aus Kunststoff sondern sind verbleit. Auch Zinn, Aluminium und Kupfer sind unempfindlich gegen Gips.

1.2. Frische Kalk- und Zementmörtel

Diese sind basisch und greifen infolge ihres Gehaltes an gelöstem Kalkhydrat Ca(OH)2, bis 1,7 g/l, Zink, Blei und Aluminium stark, Kupfer und Zinn dagegen nicht an. Das Gleiche gilt auch von erhärtetem, aber wieder durchfeuchtetem Beton, aus dem noch Ca(OH)2 ausgelaugt wird. Dieses kann in CaCO3 übergehen. Das Gleiche tritt auch in den Fugen bei altem Mauerwerk auf, wenn eine hohe Feuchtebelastung zum Beispiel durch Regen vorliegt. Hier wird der Kalk in wasserlösliches Kalziumbikarbonat Ca(HCO3)2 umgebildet. Dieses zerfällt beim Verdunsten unter Ausscheiden von Kalk, in Wasser und CO2. Diese Ausblühung von Karbonat sind harmlos, also nur Schönheitsfehler. Jedoch wirkt sich dieser Wechselprozess auf Metalle ungünstig aus. Die Feuchtigkeit ist daher zu vermeiden. Beim Kupfer ist einzuschränken, dass manche Erstarrungsbeschleuniger, die dem Mörtel beziehungsweise Beton zugesetzt werden, aggressiv werden können. Hier sind gesonderte Schutzschichten erforderlich. Der Stahl wird dagegen von frischem Zementmörtel beziehungsweise Beton wegen des hohen pH-WertpH-Wertes von 12,6 nicht angegriffen. Dieser Schutz bleibt bis > 11,5 pH bestehen. Alternder Beton hat einen niedrigeren pH-Wert. Bei einer ausreichenden Gas- und Wasserdurchlässigkeit des Betons durch Fehlstellen, Poren und Risse werden kohlendioxidhaltige Luft oder schadstoffhaltiges Wasser ungehindert an den Stahl herandiffundiert. Das gelöste Kalziumhydroxid karbonatisiert. Damit sinkt der pH-Wert des Porenwassers auf 9 bis 10 ab. Der Korrosionsschutz, der durch den hohen pH-Wert (alkalischer Schutz) und durch die Passivierung des Stahls (durch Silikat) bestand, geht verloren. Die Stärke der Betonschicht soll 20 bis 25 mm betragen. CaCl2-haltige Frostschutzmittel und Beschleuniger bewirken eine Rostbildung. Daher ist der Chloridgehalt, bezogen auf die Zementmasse, gering zu halten. Auch frischer Kalkmörtel verhindert eine Rostbildung, solange er noch nicht erhärtet ist. Diese nur kurzfristige Schutzwirkung des Kalkmörtels beruht darauf, dass er - im Gegensatz zum Zement - nach dem Erhärten kein Ca(OH)2 mehr absondert und außerdem infolge seiner größeren Porosität Luft und Feuchtigkeit durchlässt.

Bei der Zementherstellung werden zur Regulierung der Erstarrungszeit Gips oder Anhydrit zugegeben. (Auf die einzelnen Reaktionen wird hier nicht weiter eingegangen.) Werden später dem erhärteten Zementstein erneut SO4-Ionen (zum Beispiel aus dem Grundwasser oder Abwasser) angeboten, kommt es zur erneuten Bildung von Ettringit, wobei ein erheblicher Kristallisationsdruck entsteht, der den Zementstein zertreiben kann. Sulfattreiben, Ettringittreiben. (Ettringit wegen seiner nadelförmigen, zerstörend wirkenden Kristalle wird auch als Zementbazillus bezeichnet.

1.3. Steinholz, Magnesiamörtel

Das MgCl2 fördert stark die elektrochemische Korrosion. Die sich beim Anmachen wie bei späterer Feuchtigkeitsaufnahme bildende starke Base Mg(OH)2. Vor der Verarbeitung des Mörtels sind daher alle berührenden Metallteile abzuisolieren ( zum Beispiel mit Bitumen, Schutzschicht o. a.). Es greift Blei, Kupfer, Zink, verzinkte Stahlteile und Aluminium an. Blei bildet an der Metalloberfläche ein schwer lösliches Bleichlorid. Magnesiamörtel muss daher gegen diese Metalle abgesperrt und vor späterer Durchfeuchtung geschützt werden. Es wird selbst die chemisch sehr beständige Emaille angegriffen. (Überschüssige Lösung nicht in die Badewanne gießen.) Der Magnesiabinder wird auch für die Herstellung von Holzwolle-Leichtbauplatten verwendet. Es sind daher rostgeschützte Nägel zu verwenden.

1.4. Lehm

Feuchter Lehm und Ton bringen Stahl und Gusseisen stark zum Rosten. Lehmbaustoffe erhärten nur über eine Abtrocknung, damit kann Feuchtigkeit sehr lange gebunden sein. Zusätzlich gelöste Mineralien oder Schadstoffe aus der Umgebungsluft begünstigen den Korrosionsprozess.

Lehm ist ein aus der chemischen Gesteinsverwitterung hervorgegangenes Sediment, das aus Ton (Tonmineralien) und Quarzkörnern besteht, vermischt mit anderen Verwitterungsresten, vornehmlich Eisenverbindungen und Kalk. Lehm ist nicht so plastisch wie Ton; tonreiche Lehme werden als fett, tonarme Lehme als mager bezeichnet. Zwischen Ton und Lehm gibt es keine scharfe Grenze. Allgemein enthält Ton Teilchen kleiner als 0,002 mm Korngröße, Lehm enthält sehr ungleiche Korngrößen, vom Schluff bis zum Kies (etwa bis 20 mm). Alle Lehme quellen bei Wasserzutritt und schwinden beim Trocknen. Die Größe der Volumenänderung ist abhängig vom Tongehalt und von der Art der Tonmineralien (Kaolinit nimmt wenig Wasser auf, Montmorillonit quillt sehr stark.)
Im feuchten Zustand ist Lehm formbar, die Form bleibt beim Trocknen - abgesehen von der Schwindverkürzung - erhalten. Die Wasserzugabe wird in folgender chemischen Formel dargestellt

Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O + nH2O <---> Al2O3 . 2SiO2 . (H2O)2+n (Formbarer Ton)

Lehm ist ein natürlicher Luftmörtel. Das Abbinden erfolgt physikalisch; Wasser verdunstet, Sandkörnchen werden durch den Ton verklebt. (Zum Beispiel bei Kalk findet ein chemischer Abbindeprozess statt.) Die Trockenschwindung beträgt bei der Herstellung von Lehmsteinen (statt Ziegeln) etwa 3 bis 5 %, bei gestampftem Lehm etwa 2 % (zum Vergleich: Beton schwindet etwa 0,04 bis 0,05 %), analog verhält sich auch der Lehmputz. Beim Trocknen entstehen so Schwindrisse. Baulehm ist daher dauerhaft gegen eindringende Feuchtigkeit zu schützen, also auch während der Bauphase. Nur trockener Lehm ist frostbeständig.
Wegen der Erzielung schwindrissarmer Putze sollte der Putzmörtel große Mengen Grobsand enthalten (0,6-2,0 mm) und der Tongehalt sollte in der Regel 5-10 % nicht überschreiten. Je magerer der Putzmörtel ist, so geringer wird die Festigkeit des Putzes. Daher werden die Putze in Schichten aufgetragen. Der Unterputz beinhaltet daher gröbere Bestandteile und mehr Ton. Kleiner Schwindrisse sind dabei erwünscht, da diese die Haftung des Oberputzes begünstigt. Die Putze können auch auf Ziegel-, Kalksandstein-, Naturstein- und Betonoberflächen aufgebracht werden. Es besteht weiterhin die Möglichkeit Putzträger, zum Beispiel Schilfrohrmatten o. ä., anzubringen. [1]
In Lehmputze werden auch Fasern zugegeben, wie Stroh, Hanf oder Tierhaare. Sie bewirken eine Rissbeschränkung und Verbesserung der Haftbeständigkeit des Lehmputzes. Die organischen Faserstoffe erhöhen die Schimmelgefahr des Putzes. [2] Schimmelpilze benötigen zum Wachstum eine bestimmte Feuchte, Temperatur und auch Substrat. Die organischen Bestandteile bilden so das Substrat. Die Herrn Borgstädt und Rupp (in [2]) beschreiben in Ihrem Artikel die Lehmprodukte von Bayosan, die faserlose Lehmputze anbieten aber auf Kundenwunsch eine Zugabe erfolgt. Die Produktangebote zum Beispiel von eiwa Lehm GmbH, Karl-Epple oder Ökologie in der Region (Schöneck) werden mit Strohzusätzen geliefert. Lehmputze werden mit Stroh oder anderen Fasern verarbeitet (Siehe hier auch Niemeyer 1946). Die mehrlagige Lehmputzausführung mit Faserbestandteilen, zum Beispiel aus Stroh, ist üblich.
Ausschlaggebend ist die Trocknung. Hier sollte eine Standzeit von mindestens 2 Tagen pro mm Putzstärke eingehalten werden, bevor der Oberputzauftrag erfolgt.
Die Wasserzugabe bei Lehm dient zur Formgewinnung, in diesem Fall eine glatte Oberfläche. Anschließend muss das Wasser wieder durch Verdunstung entweichen. Lehm selbst stellt eine gewisse konservierende Wirkung auf Holzteile und so auch auf Stroh dar. Dies wird durch die vielen Jahrhunderte alte Stampflehmwände, Strohwickeldecken und a. praktisch nachgewiesen.(Weitere Aussagen im o. g. Text.) Allerdings sind Lehmbauteile vor stärkerer Feuchtigkeit, wie zum Beispiel Niederschlag, zu schützen, sonst besteht die Gefahr eines Pilzbefalls.

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