Ermittlung der Systemparamter und quantitative Bewertung der Eigenkorrosion auf den Korrosionsfortschritt an depassiviertem Bewehrungsstahl
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Teilprojektes ist die Entwicklung der Eigenkorrosion und der Anteil der Eigenkorrosion bei der Makroelementkorrosion von Stahl in Beton eingehend untersucht worden. Dabei konnte der Einfluss gezielt variierter Parameter auf die Entwicklung der Eigenkorrosion nachgewiesen werden. Die Untersuchungen zeigten, dass die Entwicklung der Eigenkorrosion von Parametern, wie Zementart, w/b-Wert, Chloridgehalt, Temperatur und Feuchtigkeit, klar dominiert wird. Verstärkte Korrosion ist vor allem bei der Verwendung von Portlandzement gegenüber Hochofenzement, steigendem Chloridgehalt des Betons, höherer Lagerungstemperatur sowie erhöhtem w/b-Wert zu beobachten. Die Luftfeuchtigkeit steuert ebenfalls den Eigenkorrosionsfortschritt, allerdings sind hierbei die Eigenschaften der Zementsteinmatrix von besonderer Bedeutung. Die Permeabilität der Zementsteinmatrix bestimmt sowohl das Austrocknungsverhalten, als auch den Sauerstofftransport durch den Beton an die Elektrodenoberfläche. Bei Portlandzementbeton führte die Erhöhung der Lagerungsfeuchte auf 95 % rel. Feuchte beispielsweise zu höheren Abtragsraten, während bei Hochofenzement eine Verringerung des Abtrags zu beobachten war. Ursache dafür ist die dichtere Bindemittelmatrix des Hochofenzementes. Bei höheren Feuchtigkeiten stellt das in den Poren eingelagerte Wasser einen größeren Diffusionswiderstand für den Sauerstoff dar. Im Fall der chloridinduzierten Lochkorrosion war deshalb eine andere Methode zur Beschreibung des Korrosionsfortschritts notwendig. Zur Lösung dieses Problems ist im Rahmen dieser Arbeit die Computertomographie (CT) eingesetzt worden. Dabei konnten die Veränderungen an der Elektrode im Beton zerstörungsfrei verfolgt werden. Die Veränderungen auf der Elektrodenoberfläche sowie das Lochwachstum in die Stahlelektrode hinein sind zeitabhängig beobachtet und aufgetragen worden. Darüber hinaus ist aus dem dreidimensionalen Volumen, das mit Hilfe der CT ermittelt wurde ein Massenverlust der Elektrode im eingebetteten Zustand postuliert worden. Nach dem Ausbau der Elektroden aus dem Beton war nachweisbar, dass der postulierte Massenverlust aus den Daten der CT gut mit dem gravimetrischen Massenverlust korrelierte. Die CT bietet somit eine besonders gute Möglichkeit den fortlaufenden Massenabtrag infolge Korrosion eingehend zu studieren. Besonders hervorzuheben ist dabei, dass die Veränderungen fortlaufend an einer Probe untersucht werden können, ohne diese zu zerstören. Somit ist es möglich die Oberflächenveränderung einer Probe zu untersuchen und die elektrochemischen Messwerte sowie die Massenverluste probespezifisch für die jeweilige Serie darzustellen. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bisherigen Untersuchungsmethoden dar, da die im Rahmen dieser Arbeit beobachteten Streuungen der elektrochemischen Messdaten die Bewertung der Daten aus nominell 10 bis 20 Einzelproben massiv erschwerten. Die Ursachen dafür konnten erst nach der Probenöffnung geklärt werden. Diese liegen meist in den unterschiedlichen Bedingungen an der Phasengrenzfläche Stahl/Beton begründet. Zur Klärung verschiedener Fragestellungen wie dem Korrosionsfortschritt, der Ausdehnung der korrodierten Bereiche, dem Transport der Korrosionsprodukte in die Zementsteinmatrix sowie der Unterscheidung zwischen flächigem Abtrag und Lochkorrosion bietet die CT die Möglichkeit, wesentliche Informationen über den Probenzustand zu erhalten. Hierbei können beispielsweise auch Spalten oder Poren an der Phasengrenze Stahl/Beton erkannt werden. Es konnte herausgestellt werden, dass sich mit Hilfe der CT ergänzende Informationen bei der Untersuchung von Stahl in Beton gewinnen lassen. Dies zeigt, dass eine Kombination elektrochemischer Untersuchungsmethoden mit der CT eine wesentliche Erweiterung der Untersuchungsmöglichkeiten darstellt, um den Informationsgehalt der zu untersuchenden Systeme besser auszuschöpfen. Mit Sicherheit beschränken sich die Einsatzmöglichkeiten aber nicht nur auf die Korrosion von Stahl in Beton sondern sind überall dort einsetzbar, wo sich der Korrosionsfortschritt einer unmittelbaren visuellen Begutachtung entzieht. Denkbar sind hier der Korrosionsfortschritt unter Lackschichten oder verdeckte Lochkorrosion bei nichtrostenden Stählen.
