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3.4. Die Korrosion der Bewehrung

" Im allgemeinen unterliegt Stahl im Beton keiner Korrosion, da in feuchtem Beton der Stahl dem Angriff der Porenflüssigkeit ausgesetzt ist, bei der es sich normalerweise um eine gesättigte Kalziumhydroxidlösung handelt, die durch Hydration von Kalzium-Silikaten und -Aluminaten entstanden ist und deren pH-Wert bei 12,6 liegt." /10/
Bei einer ausreichenden Gas- und Wasserdurchlässigkeit des Betons durch Fehlstellen, Poren und Risse wird kohlendioxidhaltige Luft oder schadstoffhaltiges Wasser ungehindert an den Stahl heran diffundiert. 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. Von Bedeutung sind die Zementsorten und das Mischungsverhältnis. Soll die Dichte des Betons erhöht werden, so wird ein Puzzolanzusatz zum Zement (z.B. Portlandzementklinker und Flugasche) gegeben. Dadurch gibt es weniger poröse Stellen im Beton aber die Alkalität sinkt durch den SiO-Zusatz, was die Korrosion begünstigt. Chloride, die zur schnelleren Erhärtung oder gegen das Gefrieren unter 0ºC bzw. durch chloriertes Wasser zugegeben werden, bewirken eine Aufhebung der Passivierung der Stahloberfläche. Die Korrosionsgefahr des Bewehrungseisens im chloridhaltigen Beton ist also durch die Zerstörung der Passivität oder Verhinderung der Passivierung des Metalls begründet. Diese Aufhebung erfolgt meist lokal, oft wird dies durch geringfügige Strukturunterschiede der Passivschicht bestimmt. Durch die kleinen anodischen und die großen katodischen Flächen des passiven Metalls wird eine Passiv-Aktivzelle mit einer Potentialdifferenz von 0,5 V und mehr gebildet.
Uhlig beschreibt in [/3/,78], daß "... Die hohen Stromdichten an den Anoden ... hohe Geschwindigkeiten des Metallangriffes bewirken, wobei die unmittelbar die Anoden umgebende Metallfläche katodisch geschützt wird."

Es kommt zu Lochfraß : Fe ---> Fe2+ + 2e
An der katodischen Fläche: 02 + 2 H2O + 4e > 4 OH
Fe + H2O + 1/2 O2 --> Fe(OH)2

In [/3/,96] steht dazu weiter: " Das Eisen(II)-hydroxid bildet eine diffusionshemmende Schicht an der Eisenoberfläche, durch die an der Reaktion beteiligte Sauerstoff diffundieren muss. Der pH-Wert von gesättigter Fe(OH)2-Lösung beträgt ca. 9,5, so dass die Eisenoberfläche, die in belüftetem reinem Wasser korrodiert wird, immer alkalisch reagiert. ... An der äußersten, der Elektrolytlösungen zugewandten Seite der Oxidschicht setzt der gelöste Sauerstoff Eisen(II)-oxid zu wasserhaltigem Eisen(III)-oxid oder Eisen(III)-hydoxid um:

Fe . H2O + 1/2 H2O + 1/2 O2 ---> Fe(OH)3 bzw. 1/2 (Fe2O3 . 3 H2O) ..."

Das wasserhaltige Eisen(III)-oxid wird als Rost bezeichnet. Die Rostschicht besteht aus 3 Schichten. Das magnetische wasserhaltige Eisen(II)-Eisen(III)-oxid, Fe2O4 . n H2O bildet die schwarze Zwischenschicht zwischen FeOH und Fe2O3. Durch die Volumenvergrößerung am Bewehrungsstahl, kommt es zum "Aufblühen" und die Betonschicht wird aufgerissen bzw. platzt weg. Damit ist eine Korrosion der Stahlfläche gegeben und die Zerstörung des Betons geht unter dem Gesichtspunkt der eigenen Korrosion durch chemische Reaktionen und durch Spannungsbildung, die durch die Volumenvergrößerung des Stahls während der Korrosion auftritt, weiter.

Betonkorrosion an Balkon
Nachtrag: Durch eine fehlende Abtropfkante konnte immer Wasser in die Betonkante gelangen. Absprengung durch die Volumenzunahme des Bewährungseisens. (Vinnitza 2010)

4. Korrosionsschutzmaßnahmen

4.1. Maßnahmen durch aktiven Korrosionsschutz

Bei den Schutzmaßnahmen gibt es eine recht umfangreiche Palette von Maßnahmen, die nicht alle aufgeführt werden, vielmehr soll ein allgemeiner Überblick gegeben werden.
"Zum aktiven Korrosionsschutz gehören Maßnahmen und Verfahren, mit denen durch Beseitigung oder Abschwächung der Wirksamkeit des Korrosionsmediums aktiv in zu erwartende Korrosionsvorgänge eingegriffen wird." [/1/,81]
Das kann unter anderem die generelle Verringerung der Konzentration der Schadstoffe sein. Eine günstige Projektierung der Anlage, wobei die hauptsächlichste Windrichtung beachtet wird oder die Auslagerung von Schadstofferzeugern in andere Gegenden, wie es in Moskau (siehe Pkt. 3.2.1.) erfolgt ist, können weitere Maßnahmen des aktiven Korrosionsschutzes sein.
Eine ebenso wichtige Methode ist der Einsatz von zweckentsprechenden Zementsorten und die Herstellung eines für den Zweck einsetzbaren Betons. Zur Zeit finden folgende Zementsorten ihre Anwendung:

(Ergänzung: Zementbeschreibung BRD)

Sulfatangriffe auf Beton durch Grundwasser oder durch die Atmosphäre sind vor allem in den chemischen Industriegebieten verstärkt zu verzeichnen. Donndorf empfiehlt dafür in [/2/,90] als geeigneten Zement tricalciumaluminatfreien bzw. -armen Zement wie TSZ, sulfatresistente Zemente PZ 2/325, PZ 2/375, PZ 3/375 und ZZ 4/275, die entsprechend der Sulfationenkonzentration zu wählen sind.
Weitere Methoden sind die Ableitung von Korrosionsmedien, wie sie an Gebäuden vorkommen, in denen ein ordnungsgemäßer Feuchtigkeitsschutz durch Sperrschichten oder Regenwasserableitung geschaffen wird. Die Entfernung von aggressiven Bestandteilen oder die Erzielung ihrer Unwirksamkeit durch Durchlüftungs-, Klär- und Abwasseranlagen. Eine nicht unwesentliche Rolle spielt die Beeinflussung des pH-Wertes deren Bedeutung schon im Pkt. 3.4. erwähnt wurde.

4.2. Maßnahmen durch passiven Korrosionsschutz

" Zum passiven Korrosionsschutz gehören Verfahren zur Erzeugung von Schutzschichten auf den korrosionsgefährdeten Werkstoffen und von Beschichtungen, die eine Trennschicht zwischen dem Korrosionsmedium und dem zu schützenden Werkstoff bilden." [/1/,90] Nach Ermittlungen des Institutes für Leichtbau beträgt von dem Gesamtkorrosionsschutzaufwand in der DDR der passive Schutz etwa 90%. Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Schutzmaßnahmen. So bewirkt die Imprägnierung eine Porenverstopfung und eine chemische Beständigkeit gegenüber Schadstoffen wie SO2-Luftverschmutzung. Die Verblendung mit Klinker oder Keramikfliesen bietet einen wesentlich höheren Schutz. Weiterhin werden Plast- und Elastschutzschichten, Anstriche, Spachtelschichten und Duplexsysteme angewandt.
"Plastzementbeton nach TGL 22 808 werden vorzugsweise für Instandsetzung korrodierter oder abgenutzter Betonflächen, Plastbeton und Plastmörtel (z.B. Epoxidharz, Polyesterharz, Polyurethanharz + Härter + Zuschlagstoffe) für hochbeanspruchte Betonflächen und Schutzschichten für Behälter, Wände u.a. eingesetzt. Zementmörtel werden für hochbelastetes Mauerwerk, Putz in Naßräumen und für Betonestrich nach der TGL 35 909/2 verwendet." [/2/,91] Mit speziellen Maßnahmen des Korrosionsschutzes befaßt sich der Säureschutz. Er beinhaltet das Aufbringen flüssigkeitsundurchlässiger Auskleidung, Beschichtung und Verblendung von chemisch stark beanspruchten Gebäuden und Anlagenteilen. Hierauf soll aber nicht weiter eingegangen werden.
Als Ergänzung werden in der Anlage 1 einige TGLs zum Korrosionsschutz aufgeführt.

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 200 m2/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.


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

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