Biogene Schwefelsäurekorrosion von zementgebundenen Werkstoffen: Einfluss von Zementzusammensetzung, Umgebungsfeuchte und Schwefelquelle (ZeUS)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Gregor Gluth; Professor Dr. Matthias Noll
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576117399

Eine der wichtigsten Aufgaben des Staates ist die Instandhaltung seiner kritischen Infrastruktur, einschließlich der Anlagen und Bauwerke für Rückhaltung, Transport, Verteilung und Aufbereitung von Abwasser. Solche Bauwerke sind häufig aus Beton hergestellt und stark betroffen von biogener Schwefelsäurekorrosion (BSK), einem Prozess, bei dem unter Mitwirkung von schwefeloxidierenden Bakterien (SOB) Schwefelsäure entsteht und den Beton stark schädigt. Der Bedarf an Reparatur- und Erweiterungsmaßnahmen für Abwassersysteme in Deutschland und anderen Ländern ist dementsprechend sehr hoch. Bisher bestehen aber noch Defizite beim Verständnis der Vorgänge bei der BSK, insbesondere hinsichtlich der Einflüsse auf die Besiedlung der Betonoberflächen mit SOB sowie deren Aktivität und Wechselwirkungen. Im Projekt sollen daher die Einflüsse von Zementzusammensetzung, Umgebungsfeuchte und Schwefelquelle auf die BSK systematisch untersucht werden. Dazu werden der zeitliche Verlauf der Besiedlung von Zementsteinproben mit Mikroorganismen und ihre Wechselwirkungen unter Bedingungen, wie sie in Abwasserleitern auftreten, mittels mikrobiologischer Methoden analysiert. Parallel werden die Zusammensetzungen der anstehenden Lösungen analysiert und an den Proben Mikrostrukturuntersuchungen zur Aufklärung des Schädigungsprozesse durchgeführt. Als Zemente kommen Portlandzement, Hochofenzement, Tonerdezement und zwei alkalisch aktivierte Bindemittel zum Einsatz. Dadurch ergeben sich Unterschiede zwischen den Proben u. a. hinsichtlich des verfügbaren Aluminiums und Eisens, beides Elemente, deren Wirkung im Zusammenhang mit der BSK besonders umstritten ist. Durch den Einsatz eines speziell entwickelten Versuchsstands werden bei den Experimenten Feuchtebedingungen erzielt, die dem Deckenbereich bzw. den zeitweisende im Wasser stehenden Seitenbereichen von Abwasserleitern entsprechen. In den Nährlösungen kommen Natriumsulfid, welches Schwefelwasserstoff als typische Schwefelquelle für die SOB in Abwassersystemen abbildet, sowie Natriumthiosulfat und Kaliumtetrathionat, welche in einigen BSK-Prüfverfahren als Schwefelquelle verwendet werden, zum Einsatz. Auf Basis der Projektergebnisse werden die Aussagekraft gegenwärtig eingesetzter Verfahren zur Prüfung des Widerstands zementgebundener Werkstoffe gegen BSK bewertet und gegebenenfalls Empfehlungen zur Verbesserung der Prüfverfahren erarbeitet. Das gewonnene bessere Verständnis des Einflusses von Aluminium und Eisen sowie weiterer Faktoren auf die Besiedlung mit SOB stellt ferner eine wichtige Grundlage für den Entwurf von zementgebundenen Werkstoffen mit besonders hohem Widerstand gegen BSK dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen