Dauerhaftigkeit Part I Flashcards
1
Q
Dauerhaftigkeitsprobleme in %
A
- Design 40%
- Execution 28%
- Materials 18%
- Use 10%
- Planning 4%
2
Q
Direkte Forderung nach dauerhaftigkeit der Bauteile
Deskriptives Konzept
A
- Mittlere Lebens- oder Nutzungsdauer stehen fest (i.d.R 50 Jahre)
- Einwirkungen stehen fest (Expositionsklassen)
- Üblicher Aufwand für Instandhaltung
- Betonzusammensetzung und Ausführungsregeln werden durch das technische Regelwerk vorgeschrieben
3
Q
Schädigungsprozess
Physisch
A
Expositionsklasse XF
Frost
Betonkorrosion
4
Q
Schädigungsprozess
Chemisch
A
Expositionsklasse XA
SO4^2-
Betonkorrosion
5
Q
Elektrochemisch
Stahlkorrosion
Carbonatisierung CO2
A
Expositionsklasse XC
Carbonation
Bewehrungskorrosion
6
Q
Elektrochemisch
Stahlkorrosion
Chlorideintrag
A
Expositionsklasse XD & XS
Delcing salt
Sea water
Bewehrungskorrosion
7
Q
Mechanische Angriffe
A
Expositklasse XM
8
Q
Transportvorgänge
Diffusion
A
Konzentrationsunterschiede
9
Q
Transportvorgänge
Permeation
A
Druckunterschied
10
Q
Transportvorgänge
Kapillares Saugen
A
Oberflächenkräfte
11
Q
Porenarten
Rüttelporen
A
10^-2 - 10^-4
12
Q
Porenarten
Luftporen
A
10^-3 - 10^-5
13
Q
Porenarten
Kapillarporen
A
10^-4 - 10^-8
14
Q
Porenarten
Gelporen
A
meso, mikro
10^-10 - 10^-7
15
Q
Porosität & Feuchtigkeitstransport
A
- Gelporen “zwischen” den Hydratphasen (hauptsächlich C-S-H)(<=10nm)
- kapillarporen (>= 10nm)
- Zementhydrate mit chemisch & adsorptiv gebundenem Wasser
16
Q
Ausblühungen
Wasseraufnahme
A
Salze gehen in die Lösung
17
Q
Ausblühungen
Austrocknung
A
Salze bleiben an der Oberfläche zurück
18
Q
Ausblühung Beispiele
A
• Kalkausblühungen
- Mauerwerk + Beton
• Sulfatausblühungen
- Ziegel
19
Q
Ausblühung
Inlösunggehen calciumreicher Bestandteile
A
Ca(OH)2 + H2O -> Ca^+2 + 2OH^- + H2O
20
Q
Ausblühung
Partielle Verdunstung des Wassers an der Oberfläche
A
Anreicherung der gelöste Ionen
21
Q
Ausblühung
Reaktion (hier mit CO2) zu unlöslichen Salzen
A
Ca^+2 + 2OH^- H2O + CO2(g) -> CaCO3 + 2H2O
22
Q
Zementhydratation (pH > 12,5)
A
Zement + Wasser -> C-S-H + Ca(OH)2
23
Q
Carbonatisierung = Neutralisierung
A
Ca(OH)2 + CO2(g) + H2O -> CaCO3 + 2H2O pH < 9
24
Q
Verschiedene Stadien der Carbonatisierung
A
- Diffusion des CO2 als Gas in den Beton über die Kapillarporen
- Ausbildung einer carbonatisierten Reaktionsfront
- Fotscjreitende Carbonatisierung bis zum Erreichen des Bewehrungsstahls
- Beginnende Korrosion der Bewehrung wenn pH < 8-9
25
Prinzipieller Korrosionsmechanismus
kann nur stattfinden, wenn:
• Etwas feuchte (Elektrolyt)
• Sauerstoff an der Stahloberfläche
• Aufhebung der Passivierung von Stählen (i.e. pH Wert < 9 oder CI) Lokalen Potentialunterschieden
26
Scahdensbeispiele
* zu geringe Betonüberdeckung
| * Inhomogenitäten infolge unzureichender Verdichtung
27
Test der Carbonsatisierungstiefe mit Hilfe von Phenolphtalein
Phenolphtalein Test (Indikator)
• 1%ige Phenolphthaleinlösung in 70%igem Alkohol
• Lösung wird auf frische Betonbruchfläche aufgesprüht (Labor gespaltene Zylinder bzw. Balken; Bauteil gespaltene Bohrkerne)
• Farbumschlag von violett auf farblos bei pH < 8,2
• Messung der Tiefe des farblosen teils = Carbonatisierungstiefe
28
Carbonatsisierungsgeschwindigkeit
- messen der Carbonatisierungstiefe an Betonbruchflächen mit Phenolphtalein (mm)
- Ermittlung des Alters t des Betons aus bauunterlagen
k = Carbonatisierungstiefe/Wurzel(t)
• je kleiner k
- desto widerstnadsfähiger ist der Beton gegenüber dem Carbonatisierungsfortschritt
- desto größer ist die theoretische Lebensdauer
-
29
Korrosionsprobleme durch Betondeckung vorbeugen
* Schutz des Stahls vor Korrosion (Dauerhaftigkeit -> Carbonatisierung; Chlorid)
* Sicherstellung des Verbundes zwischen Stahl und Beton zur Kraftübertragung
* Schutz der Bewehrung gegen Brandeinwirkung
* gute Bauausführung ist enorm wichtig
30
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Grundlegendes Problem
Bewehrungskorrosion infolge Neutralisierung des alkalischen Mileus im Beton
31
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Betontechnologiesche Lösung des Problems
Dichter Beton
* Zemente mit hohem O´Portlandklinkeranteil im Vorteil
* Einhaltung der Mindestzementgehalte
* Absenkung des w/z Wertes von Vorteil (geringer Porosität)
32
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Betontechnologiesche Lösung des Problems
Ausreichende Betondeckung
* Betondeckung nach Regeln entsprechend DIN 1045
* Benutzung entsprechender Abstandshalter
* ggfs. Nachkontrolle
33
Bewehrungskorrosion Carbonatisierung
Betontechnologiesche Lösung des Problems
Gute & ausreichend lange Nachbehandlung des Betons
* Sicherstellen eines ausreichenden Reaktionsgrades des Zements
* Vermeidung vorzeitiger Austrocknung (Abdecken, Belassen in Schalung, Besprühen mit Wasser...)
34
Wie kommen Chloride in den Beton?
Betonausgangsstoffe
* Unvermeidbar da in jedem Ausgangsstoff vorhanden
| * Grenzwerte gelten (für Beton Chloridklassen EN 206-1)
35
Wie kommen Chloride in den Beton?
Einwirkung von Tausalz
* Verwendung von Salzen (NaCl, CaCl2, MgCl2) als Taumittel
* Betrifft hauptsächlich Verkehrsbauwerke (z.B. Brücken) im Spritzwasser-, Sickerwasser und Sprühnebelbereich sowie angrenzende abfließende Bereiche
36
Wie kommen Chloride in den Beton?
Einwirkung von Meersalz
* Dauerbeanspruchung (wassergesättigte Bereiche, Tauchzone)
* Wechselbeanspruchung (Wechselbeanspruchung (Wasserwechselbereich)
* Kapillarzone (oberhalb der Wasseroberfläche)
37
Wie kommen Chloride in den Beton?
Brandfall
• Verbrennung von PVC und damit verbundene Freisetzung von Chloriden
38
Chloridinduzierte Korrosion
1. Diffusion der Cl-Ionen in den Beton über porenlösungsgefüllten Kapillarporen
2. Ausbildung eines "Chloridprofiles" (Cl-Konzentration über den Betonquerschnitt)
3. Cl erreicht Bewehrungsstahl und Korrosionsauslösung bei einer kritischen Konzentration
39
mechanismus Chloridinduzierte Lochfrasskorrosion
Chlorid - Kreislauf
1. Fe²+ + 2Cl- (aq) -> FeCi2
| 2. FeCi2 + 2(OH)- -> Fe(OH)2 + 2Cl- (aq)
40
mechanismus Chloridinduzierte Lochfrasskorrosion
Fe²+
Anode (Lochfraßnarbe) Eisenauflösung
41
mechanismus Chloridinduzierte Lochfrasskorrosion
2(OH)
Kathode Sauerstoffreduktion
42
Kritischer korrosionsauslösender Chloridgehalt
• Kritische Werte laut EN-206-1
- Stahlbeton 0,4% Chlorid bezogen auf den Zementgehalt
- Spannbeton 0,2% Chlorid bezogen auf den Zementgehalt
43
Messung der Chlorideindringtiefe
Indikatorlösung an Bruchflächen
* Gibt nur 1. Hinweise
* Funktioniert nur teilweise (z.B. UV Verfahren funktioniert nicht bei trocknen Betonen; Chromat-verfahren nicht bei tausalzbeaufschlagte Btonen
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Messung der Chlorideindringtiefe
Erstellung von Chloridprofilen
• Entnahme von Bohrmehl aus unterschiedlichen Betontiefen
45
Nur gelöste Chlorid-Ionen stellen für eine chloridinduzierte Korrosion dar
* chemisch gebunden
* Physikalisch gebunden (Adsorption)
* freie Cl- Ionen
46
Einfluss Zementart auf den Chlorideindringwiderstand
deutliche Verringerung der Chlorideindringgeschwindigkeitt durch Verwendung von Komopositzement bzw. Zusatzstoffen
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Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Grundlegendes Problem
Bewehrungskorrosion ("Lochfrass") infolge von Stahldepassivierung duch Chloridangriff
48
Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Betontechnologische Lösung des Problems
Beton (Zusammensetzung und Durchlässigkeit)
* Kompositzement im Vorteil (insb. HÜS haltige)
* Max. Cl- Gehalt (Stahlbeton 0,4 M.- % Ci bez. auf Zement)
* Einhaltung der Mindestzementgehalte
* ggfs. Korrosiosinhibitoren
* Absenkung des Wasser/Zementwertes (Porosität sinkt)
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Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Betontechnologische Lösung des Problems
Ausreichende Betondeckung
* Betondeckung entsprechend DIN 1045
* Benutzung entsprechender Abstandhalter
* ggfs. Nachkontrolle
50
Bewehrungskorrosion Chloridinduzierte Korrosion
Betontechnologische Lösung des Problems
Gute und ausreichend lange Nachbehandlung des Betons
* Sicherstellen eines ausreichenden Reaktionsgrades des Zements insbesondere von Kompositzementen
* Vermeidung vorzeitiger Austrocknung (Abdecken, Belassen in Schalung, Besprühen mit Wasser, etc.)
