3.3 Korrosionsschutz. Bewehrung einer Stahlbetonbrücke

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1 3.3 Korrosionsschutz - Jährliche Kosten durch Korrosionsschäden liegen im Milliardenbereich! Geschätzte Verluste in Höhe von ca. 4 % des Bruttosozialproduktes eines Landes! - weltweit gehen pro Sekunde ca. 5 t Stahl durch Rosten verloren - Festlegung von Korrosivitätskategorien (DIN EN ISO , C1 C5) je nach Medium Schutzdauer von Beschichtungen je nach Trockenschichtdicke und System - passiver Korrosionsschutz Fernhalten des korrosiven Mediums, aktiver Korrosionsschutz Vermeidung der Korrosion Bewehrung einer Stahlbetonbrücke - Betondeckung, Betonrandzone, Oberflächenschutz - Carbonatisierung des Betons und Abnahme des ph-wertes - Einsatz von Tausalzen

2 Korrosionsneigung Korrosion an Stahlkonstruktionen (DIN EN ISO ) - Korrosionsgeschwindigkeit für rel. LF < 60 % unbedeutend - nennenswerte Korrosion für rel. LF > 80 %, T > 0 C Korrosionsneigung wächst - mit steigender Luftfeuchte - in Anwesenheit von Kondens- oder Niederschlagswasser - mit zunehmender Verunreinigung der Luft durch Schadstoffe wie Schwefeldioxid, NO x, Chloride und Sulfate - im Boden, Wasser und Salzwasser

3 Korrosivitätskategorien (DIN EN ISO ) Korrosivitätskategorien in atmosphärischen Umgebungsbedingungen (C) C1 unbedeutend geheizte Gebäude C2 gering ländliche Umgebung; ungeheizte Gebäude C3 mäßig Stadtatmosphäre und Industrieatmosphäre mit mäßiger Luftverunreinigung (SO 2 ), Küstenbereich mit geringer Salzwasserbelastung; Produktions- und Innenräume mit hoher Luftfeuchtigkeit und geringer Luftverunreinigung C4 stark Industrieatmosphäre, Küstengebiete mit mäßiger Salzwasserbelastung; Produktionsanlagen mit chemischen Belastungen (Chemieanlagen, Schwimmbäder) C5-I sehr stark Industrieatmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit und starker (Industrie) Luftverunreinigung C5-M sehr stark Küstenbereiche und Offshorebereiche mit hoher (Meer) Salzwasserbelastung; Gebäude und Anlagen, die fast dauernd hoher Luftfeuchte, Kondensation sowie hoher Luftverunreinigung ausgesetzt sind

4 Dickenabnahme durch Korrosion Korrosivitätskategorie unlegierter Stahl Zink C1 unbedeutend 1,3 µm 0,1 µm C2 gering > 1,3 bis 25 µm > 0,1 bis 0,7 µm C3 mäßig > 25 bis 50 µm > 0,7 bis 2,1 µm C4 stark > 50 bis 80 µm > 2,1 bis 4,2 µm C5-I C5-M sehr stark (Ind.) sehr stark (Meer) > 80 bis 200 µm > 4,2 bis 8,4 µm Dickenabnahme durch Flächenkorrosion Abtrag von Korrosionsprodukten

5 Korrosivitätskategorien im Erdreich und Wasser (Im) Im1 Im2 Im3 Süßwasser Flußbauten (Wehre, Stauanlagen), Wasserkraftwerke Meer- oder Brackwasser Hafenbereiche (Schleusentore, Staustufen Molen), Offshore-Anlagen Erdreich Behälter und Tanks, Spundwände, Stahlrohre

6 Korrosionsschutz Aktiver Korrosionsschutz Passiver Korrosionsschutz Elektrochemischer Korrosionsschutz Korrosionsschutzgerechte Gestaltung - Konstruktion/Medium - Werkstoffauswahl - Verpackung/Lagerung Schutzschichten Zusatz von Inhibitoren Organische Beschichtungen Metallische Überzüge Kathodischer Korrosionsschutz Anodischer 1) Korrosionsschutz Anorganische Überzüge 1) Anwendung weniger häufig, Passivierung durch anodische Polarisation Bildung von Passivschichten im Medium

7 Kathodischer Korrosionsschutz (KKS, kathodische Polarisation) Ohne Fremdspannung: Einsatz von Opferanoden, Schutzobjekt wird Kathode Mit Fremdspannung: Anschluss des negativen Pols (Kathode) einer Gleichspannungsquelle Anwendungsbeispiele (Nürnberger, 1995) - äußerer Schutz erdverlegter Rohre, Lagerbehälter und Kabel (Streustromeinfluss von Gleichstrombahnen!) - Stahlwasserbauwerke wie Schleusen, Küsten- und Hafenbauten, Offshorebauwerke oder Unterwasserpipelines - Industrieanlagen - Bahnschienen - Schiffe - Innenschutz von Tanks, Behältern oder Rohrleitungen bei Kontakt mit Elektrolyten - zusätzlicher Schutz der Stahlbewehrung im Betonbau bei Chloridbelastung (Parkhäuser, Brücken) - Innenschutz von Wasserbehältern und Kesseln in der Haustechnik

8 Verbindung mit Opferanoden (Kontaktkorrosion) Anwendung Rohr als Kathode Grundwasserspiegel Opferanode (z. B. Mg) 1) 75% Gips, 20 % Bentonit, 5 % Natriumsulfat Möglichst geringer Abstand! Warum? Einbettung (Koks, Bettungsmasse 1) ) - bei begrenzten Objekten - in Böden mit niedrigen Bodenwiderständen - bei nicht oder schwer realisierbarer Stromversorgung - geringe Spannung, kleine Stromabgabe; bei großen Objekten viele Einzelanoden notwendig! Beispiele - Lagerbehälter - kunststoffumhüllte Rohrleitungen - Innenschutz - Süß- (Mg) und Meerwasseranlagen (Zn, Al)

9 Innenschutz Warmwasserbehälter und Kessel Mg- Anode Mg 2+ OH - O 2 Fehlstelle im = Kathode 2 OH - ½ O 2 + H 2 O + 2 e - Haltbarkeit mindestens 2 Jahre Mg(OH) 2

10 Anlegen einer "Fremdspannung" Erdoberfläche Lagertank als Kathode + e - Anwendung - bevorzugte Anwendung zum Schutz großer Flächen - Einsatz weniger Fremdstromanoden Beispiele - erdverlegte Rohrleitungen Inerte Anode (z. B. Graphit, Fe/Si o. a.) Einbettung (z. B. Koks) - große Tanklager - Stahlbetonbauwerke Fe Fe e -

11 Schutzschichten Oberflächenvorbereitung ( DIN EN , Reinigen, Abbeizen, Strahlen; Haftung!) Organische Beschichtungen ( DIN EN , 80 % aller Schichten) - Bindemittel Alkydharze, Acrylate, EP, PUR - Pigmente/Füllstoffe Zinkstaub, Eisenglimmer, TiO 2, Calcit - Zusatzstoffe Weichmacher, Verdicker, Verlaufsmittel - Lösungsmittel/Pulverbeschichtung Schutzdauer von Beschichtungen - gilt bis zur ersten Instandsetzungsmaßnahme - keine Gewährleistungszeit! (juristischer Begriff) - kurz 2-5 Jahre - mittel 5-15 Jahre - lang > 15 Jahre

12 Beschichtungssystem 1) - Grundbeschichtung Korrosionsschutz und Haftvermittlung, Einsatz von Zinkstaub (Wirkung als Anode, Porenverschluss bei Korr.) - Zwischenbeschichtung Barrierewirkung, hohe Schichtdicke und/oder Einsatz blättchenförmiger Eisenglimmer-Pigmente (s. Abbildung) - Deckbeschichtung optische Eigenschaften (Farbe, Glanz), Stabilität gegen UV-Licht, Bewitterung, Chemikalien und Abrieb O 2, H 2 O Pigmente Beschichtung mit Barrierewirkung 1) Stahloberfläche Eisenglimmerpigmente (REM)

13 Metallische Überzüge - Schmelztauchen / Duplex-System - thermisches Spritzen - galvanische Überzüge - Vakuum-Aufdampfen Feuerverzinken Galvanische Überzüge Thermisches Lichtbogenspritzen

14 Anorganische Überzüge - lieren Auftrag glasbildender u. a. Oxide, schichtbildend, bis 2 mm Fe Tauchen/Spritzen sowie Glühen bis 900 C, säurebeständig! - Brünieren Erzeugung schwarzer Mischoxidschichten von FeO und Fe Fe 2 O 3 (Fe 3 O 4 ), nicht schichtbildend, bis 1 µm Tauchen in Lösungen von NaOH/NaNO 2 u. a. Stoffen - Chromatieren / Bildung chromat- oder chrom(iii)-oxidhaltiger Schutzschichten Passivieren Tauchen in Lösung von Chromsäure H 2 CrO 4 oder Cr(III)-verb. Zn, Al gelb (Cr-VI) 1), gelb-rötlich-grünlich (Cr-III) 2), bis ca. 1 µm - Phosphatieren Ausfällung fest haftender Phosphatschichten, Haftgrund Fe, Zn, Al Beizen der Metalloberfläche mit Säuren, Tauchen in Lösungen von H 3 PO 4 /Metallphosphat Bildung von Fe 2+ -phospat, nicht schichtbildend, unter 1 µm (Fe 2+ -Ionen der Oberfläche ) oder Zn 2+ -phosphat (grau), schichtbildend, bis 10 µm 1) EU-Verbot für PKW und Hausgeräte 2) Cr(III)-Passivierung durch primäre Ablagerung von M x Cr y (OH) z