Schalungskorrosion Ursachen und Vermeidungsstrategien

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1 Schalungskorrosion Ursachen und Vermeidungsstrategien Dr.-Ing. Till Felix Mayer Ingenieurbüro Schießl Gehlen Sodeikat, München Motivation dieser Arbeit - Fertigteilherstellung rd. 30% des deutschen Gesamtzementverbrauchs - Zunehmend Fertigteile für Sichtbeton - Schalungskorrosion zentrales Problem: - Rostflecken bilden sich auf Fertigteil ab - Reinigung von Schaltisch u. Fertigteil zusätzl. Kosten; Störung des Betriebs - Korrosion innerhalb der ersten 16 Stunden - Art und Umfang der Korrosion von Werk zu Werk verschieden

2 Erscheinungsformen punktförmig linienförmig im Randbereich flächig Erscheinungsformen punktförmig linienförmig im Randbereich flächig

3 Besonderheiten der Schalungskorrosion Erhärteter Beton, keine Veränderung der Zusammensetzung der Porenlösung Frischbeton, Zusammensetzung der Porenlösung hochgradig instationär Chlorideintrag/Carbonatisierung von der Oberfläche Trennmittelfilm Stabiler Passivfilm vor Depassivierung Keine Vorpassivierung Untersuchungsbedarf Einfluss der Porenlösung - Chloridgehalt -ph-wert - Chromatgehalt Einfluss Betontechnologie -w/z-wert - Sieblinie - Zusatzstoffe Einfluss Werksbedingungen - Lagerungstemperatur - Belüftungsverhältnisse - Frischbetontemperatur Einfluss der Vorpassivierung Einfluss Schaltischoberfläche - Stahlgüte - Oberflächenbeschaffenheit - Vorbehandlung Einfluss Trennmittel - chem. Zusammensetzung - zeitl. Entwicklung d. Films - Inhibitoren im Trennmittel

4 Untersuchungsbedarf 1 Einfluss der Porenlösung - Chloridgehalt -ph-wert - Chromatgehalt 3 Einfluss Betontechnologie -w/z-wert - Sieblinie - Zusatzstoffe Einfluss Werksbedingungen - Lagerungstemperatur - Belüftungsverhältnisse - Frischbetontemperatur Einfluss der Vorpassivierung Einfluss Schaltischoberfläche - Stahlgüte - Oberflächenbeschaffenheit - Vorbehandlung 2 Einfluss Trennmittel - chem. Zusammensetzung - zeitl. Entwicklung d. Films - Inhibitoren im Trennmittel Untersuchungsbedarf 1 Einfluss der Porenlösung - Chloridgehalt -ph-wert - Chromatgehalt 3 Einfluss Betontechnologie -w/z-wert - Sieblinie - Zusatzstoffe Einfluss Werksbedingungen - Lagerungstemperatur - Belüftungsverhältnisse - Frischbetontemperatur Einfluss der Vorpassivierung Einfluss Schaltischoberfläche - Stahlgüte - Oberflächenbeschaffenheit - Vorbehandlung 2 Einfluss Trennmittel - chem. Zusammensetzung - zeitl. Entwicklung d. Films - Inhibitoren im Trennmittel

5 Durchgeführte Versuche 1. Porenlösungsauspressversuche zur Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung der Porenlösung 2. Elektrochemische Untersuchungen zur Charakterisierung Korrosionsverhalten - in Mörteln - in künstl. Porenlösungen - mit Trennmitteln - Ruhepotentialmessungen - Linearer Polarisationswiderstand - Stromdichte-Potentialkurven - Elektrochem. Impedanzspektroskopie Entwicklung der Zusammensetzung der Porenlösung ph-wert [-] 13,8 13,6 13,4 13,2 13,0 12,8 12,6 Zement 2 (Na 2 Oe = 1,18) ph = 13,0 ph = 12,80 Zement 1 (Na 2 Oe = 0,33) Chloridgehalt [mmol/l] Zement 1 (0,08 M.-%/z) Zement 2 (0,09 M.-%/z) 12,4 0,01 0,1 1 Zeit t [d] 0 0,01 0,1 1 Zeit t [d]

6 Entwicklung der Zusammensetzung der Porenlösung Depassivierungswahrscheinlichkeit [%] 100% 80% 60% 40% 20% 0% (0/2) ph = 12,8 (1/6) (21/29) (11/21) (10/13) (4/4) (10/12) ph = 13,0 (4/4) Chloridgehalt [mmol/l] Schlussfolgerungen - In den ersten Stunden der Hydratation ungünstige Korrosionsbedingungen: - niedriger ph-wert - hoher Chloridgehalt Chloridgehalte der Ausgangsstoffe ausreichend für Depassivierung Rückgang der Korrosionsgefahr mit steigendem Na 2 O-Äquivalent Verwendung von M-Zementen 13,8 35 ph-wert [-] 13,6 13,4 13,2 13,0 12,8 CEM I CEM II/A-M (S-LL) 0,01 0,1 1 Chloridgehalt [mmol/l] Zeit t [d] - Kaum Einfluss von M-Zementen auf Korrosionswahrscheinlichkeit Zeit t [d] - Geringere Robustheit von M-Zementen bei externen Chloridquellen CEM I CEM II/B-M (S-LL) 0,01 0,1 1

7 Einfluss des Chromatgehalts - Chromat ist wirksamer Korrosionsinhibitor - Chromat im Zement als Spurenelement (durchschnittlich 10 ppm) - Chromatreduzierung deutscher Zemente seit Anfang 2006 Anstieg der Korrosion seit Einführung chromatreduzierter Zemente Chromatgehalt [mmol/l] 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 ~ 10 ppm ~ 2-3 ppm 0,00 0,0001 0, Zeit t [d] Einfluss des Chromatgehalts 100% 100 Depassivierungswahrscheinlichkeit [%] 80% 60% 40% 20% 0% ph 12,8; 0 mmol Cr ph 12,8; 0,10 mmol Cr ph 12,8; 0,40 mmol/l Cr Chloridgehalt [mmol/l] Korrosionsstrom i corr [µa/cm²] ,1 ohne Chloridzugabe Zement 1, chromatreduziert Zement 1, 3 ppm Chromat 0, Potential vs. SAE [mv] Chromat bedingt Rückgang der Korrosionswahrscheinlichkeit

8 Untersuchungsbedarf 1 Einfluss der Porenlösung - Chloridgehalt -ph-wert - Chromatgehalt 3 Einfluss Betontechnologie -w/z-wert - Sieblinie - Zusatzstoffe Einfluss Werksbedingungen - Lagerungstemperatur - Belüftungsverhältnisse - Frischbetontemperatur Einfluss der Vorpassivierung Einfluss Schaltischoberfläche - Stahlgüte - Oberflächenbeschaffenheit - Vorbehandlung 2 Einfluss Trennmittel - chem. Zusammensetzung - zeitl. Entwicklung d. Films - Inhibitoren im Trennmittel Einfluss des Trennmittels 0 - Trennmittel vor der Betonage als dünner Film aufgebracht Behinderung d. Passivierung? Behinderung d. Chloridzutritts? Wirksamkeit von Korrosionsinhibitoren? Potential vs. SAE [mv] kein TM TM TM + 3% I TM + 5% I ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Zeit t [h] Passivierung wird durch Trennmittel kaum beeinflusst

9 Einfluss des Trennmittels 100 ph = 12,80 i corr [µa/cm²] ,1 TM 30 mmol/l Cl TM + 5% I 85 mmol/l Cl TM +3% I 70 mmol/l Cl TM +3% I 60 mmol/l Cl - Verwendetes Trennmittel kaum Einfluss auf Cl Krit - Cl Krit kann durch Inhibitorzugabe erhöht werden - kath. Teilreaktion wird durch Trennmittel verlangsamt 0,01 - Unterschiede zwischen verschiedenen Trennmitteln und Inhibitoren 0, Potential vs. SAE [mv] Untersuchungsbedarf 1 Einfluss der Porenlösung - Chloridgehalt -ph-wert - Chromatgehalt 3 Einfluss Betontechnologie -w/z-wert - Sieblinie - Zusatzstoffe Einfluss Werksbedingungen - Lagerungstemperatur - Belüftungsverhältnisse - Frischbetontemperatur Einfluss der Vorpassivierung Einfluss Schaltischoberfläche - Stahlgüte - Oberflächenbeschaffenheit - Vorbehandlung 2 Einfluss Trennmittel - chem. Zusammensetzung - zeitl. Entwicklung d. Films - Inhibitoren im Trennmittel

10 Betontechnologische Einflüsse - Versuchsaufbau - Porenlösung an Schalungsoberfläche (Kontaktwasser) Korrosionsmedium Einfluss des Kontaktwasserangebots auf Schalungskorrosion? - Beeinflussung des Kontaktwasserangebots durch - Wassergehalt/Wasserzementwert - Sieblinie - Zusatzstoffe - Zementmahlfeinheit - stabilisierende Zusatzmittel - Bisheriger Versuchsaufbau für Frischbetonversuche ungeeignet vertikale Arbeitselektrodenoberfläche zu geringe Versuchskörperdimensionen für Werksversuche zu aufwendig Betontechnologische Einflüsse - Versuchsaufbau Bewertungsgröße: Korrosionsstromintegral Galvanische Zelle Messung des Korrosionsstroms zw. Stahlblech und Aufsatzelektrode über t = 16h

11 Betontechnologische Einflüsse - Ergebnisse 100% 100% Norm. Korrosionsstromintegral [%] 80% 60% 40% 20% Norm. Korrosionsstromintegral [%] 80% 60% 40% 20% 0% 0,43 0,50 0,55 0% A8 AB8 B8 w/z-wert Sieblinie Betontechnologische Einflüsse - Ergebnisse 100% 100% Norm. Korrosionsstromintegral [%] 80% 60% 40% 20% Norm. Korrosionsstromintegral [%] 80% 60% 40% 20% 0% ohne Stabilisator 60 kg/m³ Kalksteinmehl Zusatzstoffe/-mittel 0% CEM I 32,5 R CEM I 42,5 R CEM I 52,5 R Zementfestigkeitsklasse

12 Betontechnologische Einflüsse - Schlussfolgerung - Maßnahmen zur Reduzierung des Kontaktwasserangebots bedingen Rückgang der Schalungskorrosion - Geeignete Maßnahmen sind - Reduzierung des Wassergehalts bzw. Wasserzementwerts - Verwendung feinstkornreicher Sieblinien aufgrund Erhöhung der spezifischen Oberfläche - Zugabe von Zusatzstoffen (Erhöhung des Feinstkornanteils) oder stabilisierenden Zusatzmitteln (Reduzierung der Blutneigung) - Verwendung von Zementen hoher Festigkeitsklassen/Mahlfeinheiten (Erhöhung des spezifischen Oberfläche + beschleunigte Hydratation) Zusammenfassung - Schalungskorrosion zentrales Problem bei Sichtbetonanforderungen - Während Hydratation ungünstige Korrosionsverhältnisse - niedriger ph-wert (12,7 bis 13,0) vs. hohe Chloridgehalte - unvollständige Passivierung der Schalungsoberflächen Eigenchloridgehalt der Ausgangsstoffe verursacht Depassivierung - Chromat verringert Korrosionsgefahr - Korrosionswahrscheinlichkeit sinkt mit Passivierungsdauer - Trennmittel kaum Einfluss auf Passivierung und Cl Krit - Reduzierung der Schalungskorrosion durch Wahl der Ausgangsstoffe, Reduzieren des Kontaktwasserangebots, Korrosionsinhibitoren - Zusätzlich Einflüsse aus Frischbeton- und Lagerungstemperatur, Belüftungsverhältnissen und Zustand der Schaltischoberflächen

13 Zusammenfassung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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