Schwefelsäure-Korrosion im Schacht

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1 Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Von Dipl.-Ing. Andreas Haacker Der Angriff durch biogene Schwefelsäure gehört zu den häufigsten Ursachen für Schäden an Betonschächten. Wie kann es dazu kommen? Was ist bei der Sanierung zu beachten? Wo lauern Fehlerquellen? Ein Überblick. 1. Den Verursacher (er)kennen: Thiobazillen Der Geruch nach faulen Eiern und verrostete Steigeisen sind ein häufiges Indiz für eine Beschädigung durch biogene Schwefelsäule in Abwasserschächten. Was aber ist biogene Schwefelsäure? Per Definition handelt es sich um normale Schwefelsäure (H 2 SO 4 ). Der Unterschied liegt darin, dass sie durch biologische Prozesse hergestellt wird. Wesentliche Produzenten biogener Schwefelsäure sind Schwefelsäure-Korrosion im Schacht So erkennt man sie: Der Beton ist zerbröselt und weich Steigeisen sind korrodiert Stahlarmierung ist evtl. sichtbar Geruch nach faulen Eiern bzw. Schwefelwasserstoff H 2 S (Giftig!)

2 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 2 kleine Bakterien, die Thiobakterien. Sie sind aktiv in Zersetzungs- und Fäulnisprozessen, bei denen Schwefelwasserstoff (H 2 S) vom Thiobakterium aufgenommen und in H 2 SO 4 umgesetzt wird. Das Thiobazillus erzeugt Schwefelsäure mit einer max. Konzentration von 5 Prozent. Zum Vergleich: handelsübliche Schwefelsäure hat eine Konzentration von 96 Prozent, Batteriesäure enthält 38 Prozent Schwefelsäure. Unterschieden werden verschiedene Arten von Biogener Schwefelsäure- Korrosion (BSK): Autogene BSK: Die bestehenden Betriebsbedingungen (Abwasserzusammensetzung, Fließgeschwindigkeit, Ablagerungen Sauerstoffgehalt) führen zum Entstehen von H 2 S (Schwefelwasserstoff) Allogene BSK: Keine korrosionsfördernden Bedingungen im betroffenen Kanalabschnitt, jedoch Einleitung von Abwässern aus anderen Kanalbereichen, die H2S gebildet haben Exogene BSK: Extern werden H 2 S- haltige Abwässer eingeleitet. Hier fühlen sich Thiobakterien wohl: zwischen aeroben und anaeroben Oberflächenschichten von Gesteinen (unter der Sielhaut) in rauen, porösen Schichten bei langsam fließendem Abwasser Das mögen Thiobakterien gar nicht: Glatte Kunststoffoberflächen Schwefelsäurekonzentration oberhalb von 5 Prozent Möglich ist auch eine Kombination. 2. Strategisch vorgehen Gut geplant ist halb gewonnen das gilt auch für die Sanierung. Vor allem steht die umfangreiche Prüfung des Schachtzustands und die Untersuchung der Oberflächen. Die Kernfrage lautet dabei: Ist der Schacht überhaupt sanierbar?

3 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 3 Folgende Fragestellungen können bei der Suche nach dem Sanierungsbedarf dienlich sein: Ist die Oberflächenform vorhanden? Erfüllt das Bauwerk die statischen Anforderungen? Ist der Untergrund tragfähig? Bildet der Untergrund einen Haftgrund für Beschichtungen? Für die Untersuchung der Oberflächen können Haftzugversuche und der Einsatz eines Rückprallhammers sinnvoll sein. Die punktweise Prüfung der Druckfestigkeit gibt Aufschluss über den Zustand des gesamten Bauwerkes. Unbedingt einbezogen werden sollte auch die Frage nach drückendem Grundwasser und die Untersuchung der korrosiven Atmosphäre. 3. Bedingungen prüfen Welches Verfahren für die Sanierung ausgewählt wird, hängt auch von den Bedingungen ab, die im zu sanierenden Schaft vorherrschen. Grundsätzlich stehen bei der Sanierung folgende Verfahren zur Verfügung: Montageverfahren Montieren vorgefertigter Bauteile z.b. Rohre oder Platten aus Kunststoff

4 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 4 Beschichtungsverfahren Aufbringen einer Beschichtung aus Kunststoff oder Mörtelsystemen Schachtlining Einbringen eines werksseitig vorgefertigten Schlauchliners Aufbringen von Ortlaminaten Kombination von Montageverfahren und Ortlaminaten Alle gängigen Sanierungsverfahren sind auch bei Schachtbauwerken mit Schwefelsäure-Korrosion geeignet. Allerdings ist bei der Sanierung mit Beschichtungsverfahren durch Mörtelsysteme zu beachten: Thiobakterien können dort weiter überleben und sich erneut ansiedeln es sei denn es wird ein Korrosionsschutz aus Kunststoff aufgebracht oder andere Maßnahmen zur Verhinderung von Korrosion eingeleitet (Veränderungen im zufließenden Medium, Fließgeschwindigkeit). Welches Verfahren gewählt wird, hängt auch von der Frage der Größe und Zugänglichkeit der ph-wert Medium Beständigkeit 13 7 beständig 7 6 geringer Angriff 6 3,5 deutlicher bis starker Angriff 3,5-0 nicht beständig Schachtbauwerke ab. Dabei gilt: Je niedriger der festgestellte der ph-wert ist, je höher sollte der Korrosionsschutz gewählt werden. 4. Sanieren, aber richtig Anhand der folgenden Beispiele lässt sich absehen, wie Schachtsanierung erfolgreich verlaufen kann. Bei der folgenden Auswahl handelt es sich um die beispielhafte Dokumentationen von Sanierungsverfahren.

5 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 5 1. Beispiel: Montageverfahren Abbildung 1: Stark korrodierter Schacht Abbildung 2: Gründliche Vorarbeit: Der geschädigte Untergrund wird abgetragen und die Oberfläche mineralisch reprofiliert. Abbildung 3: Das Bauwerk wird ausgekleidet mit werksseitig vorgefertigten GFK-Platten Abbildung 4: Verdübelte Platten werden überlaminiert, Zu- und Abläufe eingebunden. Versiegelung der Oberflächen mit Topcoat.

6 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 6 2. Beispiel: Schachtlining Abbildung 5: Korrodierter Schacht vor der Sanierung Abbildung 6: Druckaufbau im Schlauchlining-System Abbildung 7 (links): Einbringen des werksseitig vorproduzierten Schlauchs in den Schacht. Abbildung 8 (oben): Sanierter Schacht

7 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 7 3. Beispiel: Beschichtungsverfahren Abbildung 9: Korrodierter Schacht vor der Sanierung Abbildung 10: Vorabdichten und Reinigen des Schachts Abbildung 11: Sanierter Schacht mit erneuertem Sohlbereich und reprofilierten Schachtwänden.

8 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 8 5. Fehler erkennen und vermeiden Eine misslungene Sanierung ist nicht auf dem ersten Blick zu erkennen so kann der Blick von oben in den Schacht über das Ergebnis hinwegtäuschen: Abbildung 12 (links): Blick in den Schacht von oben Abbildung 13 (rechts): Blick aus dem Schacht: Einige Bereiche wurden nicht durch die Beschichtung erfasst Nicht die Wahl des Verfahrens, sondern die Ausführung ist für die Fehlerhaftigkeit dieser Sanierung verantwortlich. Wie gut eine Beschichtung tatsächlich auf dem Untergrund haftet, lässt sich in der Regel mit Hilfe einer Probennahme ermitteln. Am folgenden Beispiel wurde eine kleine Probe im Schacht entnommen und eine Haftzugprüfung durchgeführt. Da diese bereits deutliche Mängel aufwies, wurde eine größere Probe entnommen, die das Ergebnis bestätigte. Abbildung 14 : Keine Haftung auf dem Untergrund. Die ausgeschnittene Probe zeigt die Ursache: Fehlende Reinigung / Vorarbeit

9 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 9 Nicht zu unterschätzen ist die Frage der Wasserhaltung bei der Sanierung von schächten. So ist die Herstellung von dauerhaften Laminaten unter nassen Bedingungen nicht möglich. Abbildung 15: Fehlerhafte Schachtanbindung aufgrund von dauerfeuchter Umgebung. Wie man einen Untergrund sorgfältig vorbereitet, zeigt folgendes Beispiel einer Abtragung der geschädigten Schichten. Die Haftzugprüfung ergab eine hervorragende Eignung für die weitere Reprofilierung. Abbildung 16 (links): Geschädigter Schacht Abbildung 17 (rechts): Messung der Körnergröße / Schichtentiefe.

10 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 10 Abbildung 18: Ein glatter Untergrund ist die perfekte Basis für die weitere Sanierung Abbildung 19: Geprüft und für gut befunden: Die Haftzugprüfung des Untergrundes Was passiert eigentlich, wenn auf der Baustelle nicht so gearbeitet wird, wie man sich dies als Auftraggeber wünscht? Dann lohnt sich eine lückenlose Kontrolle. Denn fehlende oder zu hastig erledigte Arbeitsschritte, nicht eingehaltene Sicherheitsmaßnahmen und mangelnde Beachtung der äußeren Gegebenheiten können dazu führen, dass das Bauwerk am Ende nicht das gewünschte Ergebnis vorweist. Zu achten ist auch darauf, dass die Herstellung von Laminaten nur von Laminierern durchgeführt werden darf, die über einen Prüfungsnachweis nach DVS 2220 verfügen. Im Umgang mit Reinharzsystemen ist zudem auf genaue Arbeit (z. B. bei der Mischung von Komponenten) und eine saubere Vorbereitung des Arbeitsplatzes zu achten. Dass eine Begleitung und Überwachung durch eine akkreditierte Stelle wirksam und sinnvoll ist, zeigen diese Bilder aus der Überwachungspraxis:

11 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 11 Abbildung 20: Für die Verarbeitung von Reaktionsharzsystemen müssen saubere Arbeitsbedingungen eingehalten werden 1. Projektschritte kontrollieren Abbildung 21: Nicht haftende Verklebung, unsaubere Arbeit 6. Qualität sicherstellen Im Prozess einer Schachtsanierung gibt es verschiedene Zeitpunkte, zu denen die Qualitätsmessung erforderlich und sinnvoll ist. Grundsätzlich ist bereits bei der Wahl des Verfahrens möglich, auf geprüfte Qualität zu achten etwa durch die Wahl eines zugelassenen Systems bzw. Produkts. Auf privatem Grund eingesetzte Bauprodukte müssen durch das Deutsche Institut für Bautechnik in Berlin (DIBt) zugelassen sein. Dies gilt für ungeregelte Bauprodukte, für die es keine hinreichende Normung gibt. Auf öffentlichem Grund wird ein Eignungsnachweis im Allgemeinen anerkannt und gefordert. Die Zulassung ist nur gültig, wenn der Hersteller der Fremdüberwachung durch eine Zertifizierungsstelle unterliegt. Abbildung 22: Ü- Zeichen auf zugelassenen Komponenten

12 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 12 Laborprüfungen für Schachtsanierungen: Prüfung der mechanischen Kennwerte (Dreipunkt-Biegung, Scheiteldruckversuch) Haftung auf dem Untergrund (Haftzugprüfung) Chemische Beständigkeit (Einlagerung) Verklebeleistung des Harzes (Dichtheitsprüfung) Identitätsprüfung (z. B. IR-Spektroskopie) Grad der Harz-Vernetzung / Härtung (DSC-Analyse) Bei der Schachtprüfung sind aufgrund der guten Zugänglichkeit Probennahmen sehr gut möglich. Geprüft werden nicht nur die mechanischen Kennwerte, sondern auch die Frage, ob die verwendeten Komponenten der Ausschreibung bzw. der Systembeschreibung entsprechen. Es lässt sich zudem erkennen, ob die Sanierungsausführung den gestellten Anforderungen entspricht. Abbildung 24: Mit Hilfe der IR-Spektroskopie wird ermittelt, welche Zusammensetzung Komponenten aufweisen.

13 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 13 Abbildung 25: Die DSC-Analyse erlaubt anhand von kleinsten Proben Erkenntnisse über die Vernetzung des Harzes sowie über die Mischungsqualität von Zweikomponenten-Systemen nach DIN Abbildung 26: Probenentnahme im Schacht Abbildung 27: Haftzugprüfung am Laminat im Labor: Alles bestens! Abbildung 28: Probenentnahme im Schacht Abbildung 29: Haftzugprüfung an einer Beschichtung vor Ort: Verklebung ideal!

14 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 14 Checkliste für die Schachtsanierung Schadensursache klären o Sind eventuell weiterführende Messungen erforderlich? Geeignetes Verfahren wählen o Verwenden Sie Systeme mit Eignungsnachweis o Achten Sie auf langfristigen Korrosionsschutz Ausführung überwachen o Achten Sie auf die sorgfältige Vorbereitung des Untergrunds o Halten Sie Verfahrens- und Arbeitsanweisungen ein o Gelieferte Ware = Bestellte Ware? o Ist das Personal fachkundig und geschult? o Einbauprotokolle gemäß Verfahrenshandbuch kontrollieren o Überwachen Sie die Ausführung per Kamera (Ursprungszustand, Vorarbeiten, Ergebnis) Qualität prüfen o Sind die Anforderungen an die Qualität des Bauwerks erfüllt? o Sind alle vereinbarten Arbeitsschritte dokumentiert und erledigt? o Probennahme / Prüfung und Begleitung durch ein Prüfinstitut

15 Dipl.-Ing. Andreas Haacker Schwefelsäure-Korrosion im Schacht Seite 15 Quellennachweis: Abbildung 1 bis 4: Rohrsanierung Jensen GmbH & Co. KG Abbildung 5 bis 8: Vertiliner / Peter Eschenbrenner Abbildung: 9 bis 11: Rohrsanierung Jensen GmbH & Co. KG Abbildung 12 bis 29: Siebert + Knipschild GmbH Ingenieurbüro für Kunststofftechnik