Grundlagen der elektrochemischen Instandsetzung von Stahlbetonbauwerken

Grundlagen der elektrochemischen Instandsetzung von Stahlbetonbauwerken Dr. Michael Siegwart Basler & Hofmann AG, ZÄrich, Schweiz / IB Siegwart, Karlsruhe, Deutschland, info@ibsiegwart.de Brian McFarland McFarland Associates, Belfast, Nordirland, brian.mcfarland@mcfassoc.com Zusammenfassung Durch SchÅden aufgrund korrodierender Bewehrung entstehen Kosten von mehreren hundert Millionen Euro jåhrlich. Betonbauwerke, deren Bewehrung korrodiert mässen meist aufwendig mit Reprofilierungsarbeiten saniert werden. Bewehrungskorrosion ist entweder auf eine Karbonatisierung des Betons oder auf Tausalze zuräckzufähren. In beiden FÅllen ist die passive Schutzschicht des Bewehrungsstahls zerstçrt (jeweils anderer Schadensmechanismus). Seit einigen Jahren werden elektrochemische Sanierungsverfahren als Alternative zur klassischen Betonreparatur eingesetzt. Die Verfahren sind kathodischer Korrosionsschutz (KKS), Kathodische PrÅvention (KKP), Realkalisierung, pråventive Alkalisierung und elektrochemische Chloridentfernung (ECE). Die erfolgreiche Anwendung dieser SanierungsmaÉnahmen verlangt Grundlagenwissen aus den Bereichen der Elektrochemie und der Betontechnologie. Da das Grundlagenwissen dem Bauingenieur in seiner Ausbildung nicht vermittelt wird, werden die Verfahren oft nicht angewendet, obwohl dies sinnvoll wåre. Gesamtwirtschaftlich kçnnten durch die Anwendung elektrochemischer Sanierungsverfahren Bauwerke Çkonomischer instand gesetzt werden, als dies zurzeit noch vielfach der Fall ist. Deshalb werden diese Sanierungsmethoden vorgestellt und wesentliche Punkte herausgehoben, die zur erfolgreichen Anwendung wichtig sind. Eingegangen wird insbesondere auf das ECE-Verfahren. 1. Einleitung Korrosion von Stahlbetonbauwerken ist ein elektrochemischer Prozess. Daher ist es naheliegend auch elektrochemische Sanierungsverfahren anzuwenden, um Korrosion zu stoppen. Es gibt verschiedene Verfahren. Wohl am bekanntesten ist die Anwendung von kathodischem Korrosionsschutz (KKS), der zum ersten Mal in den 1970ern in den USA an Stahlbeton angewendet wurde und der mittlerweile auch in der DIN 12696 (2000) geregelt ist. Dieser Standard regelt auch die GrundzÄge von Kathodischer PrÅvention (KKP). Verfahren, die mit einer wesentlich hçheren StromstÅrke und kärzeren Anwendungsdauer im Vergleich zum KKS arbeiten, sind Realkalisierung fär karbonatisierten Beton und elektrochemische Chloridentfernung (ECE) fär die Sanierung von Beton, der mit Chloriden belastet ist. Obwohl die erste Anwendung von elektrochemischer Chloridentfernung ebenfalls auf das Jahr 1973 zuräckgeht (Sly Park O- vercrossing, Kalifornien), ist dieses Verfahren in keiner Norm geregelt. Dies hångt unter anderem auch damit zusammen, dass die Wirksamkeit und die Dauerhaftigkeit von ECE und Realkalisierung immer wieder infrage gestellt wird. In diesem Beitrag wird neben einer kurzen Ñbersicht Äber KKS daher speziell auf die Verfahren ECE und Realkalisierung eingegangen. Es werden die Vor- und Nachteile beispielhaft aufgezåhlt. Besonderes Augenmerk wird auf Rahmenbedingungen gelegt, die zu beachten sind, damit die elektrochemische SanierungsmaÉnahme erfolgreich ist. 1.1 Kathodischer Korrosionsschutz und PrÄvention GrundsÅtzlich gibt es zwei Arten von kathodischen Korrosionsschutzsystemen. Zum einen die Verfahren, die mit Fremdstrom arbeiten (impressed current systems) und zum anderen Verfahren, die mit Opferanoden arbeiten (sacrificial anode systems). Die Bewehrung bildet immer die Kathode. Bei Verfahren, die mit Fremdstrom arbeiten, wird eine extern aufgebrachte Anode, z. B. aktiviertes Titan, Äber eine Gleichstromquelle mit der Bewehrung verbunden. Die aufgebrachte StromstÅrke betrågt je nach Anforderungen zwischen 0.010 und 0.020 A/m 2. Manche Systeme kommen sogar mit StromstÅrken von 0.002 A/m 2 aus (Grenze zur kathodischen PrÅvention). Das KKS-System wird normalerweise in Zonen eingeteilt, und die Wirksamkeit wird fär jede Zone zum Beispiel durch den Polarisationsshift (100 mv Kriterium) automatisch ÄberprÄft und geregelt. Somit wird unter anderem auch der "Ñberschutz" vermieden, welcher zur Wasserstoffgenerierung und SchÅdigung des Betons fährt. Die Auslegung der Anlage macht es zwingend erforderlich, dass sich die elektrische An-

lage fär die gesamte Betriebsdauer vor Ort befindet und gewartet wird. Die Betriebsdauer von KKS betrågt in der Regel zwischen 15 und 25 Jahren. Zum einen hat dies den Vorteil des gesicherten Betriebs, zum anderen den Nachteil, dass der EigentÄmer keine kontinuierliche SanierungsmaÉnahme" wänscht. Die Erwartungshaltung vieler Bauherren ist, dass nach Abschluss der Arbeiten keine weiteren (Unterhalts-) Arbeiten mehr erforderlich sind. Besonders das Vorhalten einer elektrischen Steuerung ist in diesem Zusammenhang schwer vermittelbar. Abb. 1 Lokale Opferanode Im Gegensatz zu KKS mit Fremdstrom stehen KKS Verfahren, die mit einer Opferanode arbeiten. Es gibt hier wiederum verschiedene Produkte. Zum einen werden lokale Anoden an die Bewehrung angeschlossen (Abb. 1). Eine Zonierung entfållt somit, beziehungsweise ergibt sich automatisch aufgrund des begrenzten Einflussgebiets der lokalen Anode. FÄr groéflåchige Anwendungen eignen sich aufgesprayte Zinkanoden jedoch besser. Diese Verfahren werden nicht gesteuert, sondern laufen aufgrund des unterschiedlichen Redoxpotenzials der verschiedenen Metalle selbstståndig ab. Eine elektrische Einrichtung ist nicht notwendig, was wiederum die Akzeptanz beim Bauherrn erhçht. Trotzdem ist es erforderlich, den Erfolg dieser MaÉnahme zu kontrollieren. Typischerweise geschieht das jedoch durch manuelle Abmessungen in gewissen Zeitintervallen. Auch hier misst man den Polarisationsshift an Referenzstellen. In der Regel wird durch Opferanode kein atomarer Wasserstoff an der Kathode generiert und auch sonst ist es schwierig SchÅdigung durch Ñberschutz auszulçsen. Unter kathodischer PrÅvention versteht man Verfahren, meistens unter Verwendung von Fremdstrom- Systemen, die bereits wåhrend der Erstellung des Bauwerks mit eingebaut werden. Alle Kriterien der KKS-Systeme treffen auch auf kathodische PrÅvention zu. Mit einer Ausnahme: Die erforderliche StromstÅrke ist im Vergleich zu KKS um den Faktor 10 bis 100 geringer. KKP-Verfahren laufen mit StromstÅrken zwischen 0,0002 und 0,002 A/m 2. Elektrochemische Prozesse kçnnen nur stattfinden, wenn ein Elektrolyt den Transport von Ionen in LÇsung von der Kathode zu Anode erlaubt. KKS und kathodischen PrÅvention sind elektrotechnische Verfahren. Die Anwesenheit des Elektrolyts Wasser ist immer erforderlich, damit der Prozess wirksam ist. Wird der Beton partiell ausgetrocknet (z. B. durch eine Beschichtung) steigt der Betonwiderstand an. Beton ist dann plçtzlich nicht mehr leitend sondern elektrisch isolierend. Deshalb ist es in der Regel nicht unbedingt sinnvoll zusåtzlich zum KKS eine Abdichtung oder eine Hydrophobierung aufzubringen, wenn man will, dass KKS als alleiniges Sanierungsverfahren wirksam ist. NatÄrlich gibt es auch FÅlle, in denen beide Anwendungen ergånzend angewendet werden. Wenn die Hydrophobierung versagt, oder partiell nicht wirksam ist, kommt KKS zum Tragen. Dies ist vor allem eine Frage des Budgets. Gerade bei Neubauten ist zu Äberlegen, ob man anstelle von KKP nicht auf die Anwendung von Spezialbetonen (Schmidt 2007) und geeigneter Bewehrung zuräckgreift (Gedge 2007, Jedelhauser 2008), um die Dauerhaftigkeit der Bauwerke zu erhçhen. 1.2 Realkalisierung, präventive Alkalianreicherung und Chloridentfernung Karbonatisierung von Beton findet durch Diffusion statt. Chlorideintrag findet in den ÅuÉeren Bereichen des Betons durch Kapillarenwassertransport und in den inneren Zonen ebenfalls durch Diffusion im wåssrigen Medium statt. Im Gegensatz zu Diffusion ist das Prinzip der Migration von Ionen unter einem elektrischen Feld ein sehr schneller Prozess. Das Prinzip der Migration macht man sich bei der Realkalisierung und bei ECE Verfahren zunutze. ECE und Realkalisierung sind Schwestertechniken. Die Verfahrensgrundlagen sind bei beiden gleich. Ein wesentlicher Unterschied zu KKS beziehungsweise KKP besteht allerdings in der StromstÅrke und der Anwendungsdauer. Die StromstÅrke bei beiden Verfahren betrågt zwischen 0,8 und 2,0 A/m 2 und ist somit bis zu tausendmal hçher im Vergleich zu KKS. Die Verfahrensdauer ist allerdings wesentlich kärzer, die Ladung bei ECE betrågt zwischen 650 und 2000 Ah/m 2 und zwischen 70 und 200 Ah/m 2 Realkalisierung. Dies entspricht einer Anwendungsdauer von zwischen drei Tagen (Untergrenze Realkalisierung) und acht Wochen (Obergrenze ECE). ZunÅchst wird der an der Kathode vorhandene Sauerstoff unter Aufnahme von vier Elektronen und der Spaltung von Wasser zu Hydroxid (OH - ) umgesetzt. Es kommt noch nicht zur Bildung von atomarem Wasserstoff: O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH -.

Erst wenn der an der Kathode vorhandene Sauerstoff aufgebraucht ist, wird Wasser unter Aufnahme von zwei Elektronen zu atomarer Wasserstoff (H + ) und Hydroxid umgesetzt. Der atomare Wasserstoff vereinigt sich zwar schnell zu molekularem Wasserstoff (H 2 ), aber ein Teil des atomaren Wasserstoffs wird vom Stahl aufgenommen: 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -. Abb. 2 Wasserstoffinduzierter SprÄdbruch (OberflÅche), Siegwart 2006 Atomarer Wasserstoff wird in den Stahl aufgenommen und fährt zur WasserstoffversprÇdung (auch bei normalem Baustahl). WÅhrend die VersprÇdung bei vielen StÅhlen nur temporår ist, kann es bei gewissen Stahlsorten zu plçtzlichem Versagen durch eine Ver- Ånderung der DuktilitÅt in Kombination mit der Funktion des Bauteils kommen. Das Risiko des wasserstoffinduzierten SprÇdbruchs (Abb. 2) ist gering, aber vorhanden (Siegwart 2003 3 ). Deshalb sollten ECE und Realkalisierung nicht an SpannstÅhlen angewendet werden. Atomarer Wasserstoff wird dann generiert, wenn das Referenzpotenzial kleiner als -0, 9 V CSE wird (Mietz 1999, Roberge 2000). Aufgrund der hohen StromstÅrken im Vergleich zu KKS kommt es bei ECE und Realkalisierung bereits innerhalb weniger Stunden zur Wasserstoffbildung an der Kathode, allerdings kann es mehrere Wochen dauern, bis eine SÅttigung des Stahls mit Wasserstoff eingetreten ist (Nachweis nach BS 7886). Mit zunehmender Behandlungsdauer veråndert sich die Porenwasserzusammensetzung des Betons (Elektrolyt). Der elektrische Widerstand des Betons steigt. Um bei hçherem Widerstand die gleiche Ladung pro Zeiteinheit durch den Beton zu transportieren, muss folglich die Spannung ansteigen. In der Regel sollte jedoch die Spannung nicht grçéer als 30 V DC betragen, da es sonst zur Ñberhitzung des Betons und zur BeschÅdigung durch lokale mechanische Spannungen kommt. Die Porenstruktur des Betons veråndert sich durch ECE (Siegwart et al 2003 1 ). Dies ist unter anderem auch auf die Anreicherung des Bereichs mit Kationen (Na +, K +, Ca 2+ ) zuräckzufähren, die im Gleichgewicht mit dem an der Kathode generierten Hydroxid stehen. Diese VerÅnderungen nehmen mit zunehmender Anwendungsdauer zu. Deshalb sollte man eine Behandlung 2000 Ah/m 2 nicht Äberschreiten, selbst wenn die Ladung nicht erreicht wurde. An der Anode kommt es durch unterschiedliche Anode Reaktionen unter anderem zur Bildung von Chlorgas (Cl 2, mit "typischem Chlorgeruch"). Des Weiteren veråndert sich der ph-wert der ElektrolytlÇsung. Die ElektrolytlÇsung an der Anode wird sauer. SÅure schådigt Beton. Je nach Anodentyp kann es deshalb zu BeschÅdigungen der BetonoberflÅche kommen. Es wird spåter im Text darauf eingegangen, wie diese SchÅden zu vermeiden sind. 1.3 Hybridverfahren In neuerer Zeit sind sogenannte Hybridverfahren entstanden, bei denen vor Anwendung eines KKS- Systems eine hohen Ladung angelegt wird. Davon erhofft man sich den chloridinduzierten Korrosionsprozess zu stoppen. Mit der nachfolgenden Anwendung von KKS soll der Korrosionsprozess dauerhaft unterbunden werden. Noch liegt keine Langzeiterfahrung mit dem Verfahren vor. Ebenso gibt es Ñberlegungen bei manchen Bauwerken Realkalisierung direkt nach der Fertigstellung anzuwenden, um die AlkalitÅt an der Bewehrung zu erhçhen. 2. Beispiele får die Anwendung von ECE Nachfolgend werden zwei Beispiele fär die Anwendung von ECE beschrieben, an denen der Autor beteiligt war. Beide Projekte liegen in GroÉbritannien, wo die Anwendung elektrochemischer Sanierungsverfahren weiter verbreitet ist als in Deutschland.

Korrosion auftritt. Der Durchschnitt kann damit h chstens als globaler Richtwert, aber nicht zur Beurteilung der Wirksamkeit herangezogen werden. Chloridinduzierte Korrosion findet nur statt, wenn Chorid vorhanden ist. Es bleibt festzustellen, dass der Chloridgehalt in der N he der Bewehrung unmittelbar nach Abschluss des ECE-Verfahrens deutlich unter 0,2 % lag und diesen Wert auch nach f nf Jahren nicht berschritten hatte. Abb. 3 Bewehrungskorrosion an Br ckenunterseite 2.1 Park Street Viaduct Das Park Street Viaduct ist Teil der Autobahn M42, die um Birmingham f hrt und Ende der siebziger Jahre gebaut wurde. Da die Ausf hrungsqualit t oft minderer Qualit t war und zudem viele Fugen fr hzeitig versagten, wurde der Beton mit Tausalzen kontaminiert. Im Jahr 1994 wurde an einem Widerlager des Viadukts ein ECE-Versuch durchgef hrt. Im Jahr 2001 wurde das Langzeitverhalten des Verfahrens berpr ft. Im Jahr 2003 wurde die berpr fung einer kritischen Betrachtung unterzogen (AmyMouchel, 2003). Der ECE Versuch wurde mit zwei verschiedenen Elektrolyten durchgef hrt. Auf der ersten Probefl che wurde eine 0,2 modulare Lithiumboratl sung verwendet. Auf der zweiten Probefl che wurde mit ges ttigter Kalziumhydroxid L sung gearbeitet. Obwohl immer wieder behauptet wird der Zweck der L sungen sei es oberfl chennahe Bereiche mit Kationen anzureichern (mit Lithium oder Kalzium), konnte dies bisher noch nicht nachgewiesen werden. Fest steht jedoch, dass diese L sungen als Pufferl sungen verwendet werden, um eine Versauerung der L sung vorzubeugen und eine Sch digung des Oberfl chenbetons zu vermeiden (Hope et al, 1995). Die Behandlungsdauer betrug 10 Wochen. Es wurde eine Stromst rke 1 A/m2 Betonoberfl che angewendet, was einer Stromst rke von 2,5 A/m2 Bewehrungsoberfl che entsprach. Somit wurde eine elektrische Ladung von 4200 Ah/m2 in den Stahl eingeleitet. Die Beton berdeckung betrug stellenweise 50 mm, obwohl nur eine berdeckung von 25 mm spezifiziert war. Der Chloridgehalt vor Durchf hrung von ECE betrug im Durchschnitt 2 %; der Chloridgehalt nach Durchf hrung der Maƒnahme betrug im Schnitt 0,8 %. Dies entspricht einer durchschnittlichen Effektivit t von 60 %. Selbstverst ndlich ist ein Chloridgehalt von 0,8 % immer noch wesentlich h her als der Schwellenwert von 0,4 % Chloridgehalt unterhalb dem keine Die petrografische Analyse des Betons zeigte zudem einen sehr hohen Gehalt an Alkaliionen in der N he der Bewehrung. Es wurden Konzentrationen zwischen 6 und 78 kg/m3 festgestellt. Um das Entstehen von Alkali-Silika-Reaktion (ASR) zu vermeiden, soll in der Regel der Alkali-Ionen Gehalt in Beton weniger als 3 kg /m3 betragen. Obwohl diese Konzentration um mehr als das Zwanzigfache berschritten wurde, wurde ASR nicht beobachtet. Bei der im Jahr 2003 durchgef hrten Bewertung der Erstmaƒnahme sowie der berpr fung zeigten sich hinsichtlich der Chloridanalyse Ungereimtheiten. So zeigte das Profil in der N he der Kathode nach f nf Jahren einen weiteren Abfall der Chloridkonzentration. Es ist jedoch technisch unm glich, da die Konzentration aufgrund des Diffusionsgef lles wieder ansteigen muss. Dies l sst sich mit einer wenig sorgf ltig durchgef hrten Probenentnahme erkl ren. Es ist darauf zu achten, dass die Erprobung in der N he der Bewehrung erfolgt (und zwar vor und nach der Maƒnahme, und im Falle von Wiederholungspr fung). Die Gr nde hierf r werden sp ter erl utert. 2.2 Bann River Bridge Die Bann River Bridge wurde 1967 erbaut. Die Br cke ist Teil der Autobahn M1, die von Dungannon nach Belfast f hrt. Im Jahr 1999 wurde im Rahmen des nationalen berpr fungsprogrammes festgestellt, dass die erforderliche Tragsicherheit f r das 40-tLastmodell nicht erreicht wurde. Zudem wurden starke Korrosionserscheinungen im Bereich der Auflager sowie unterhalb defekter Fugen festgestellten, durch die Tausalze eingedrungen waren. Die Beton berdeckung betrug stellenweise 80 mm; die Betonfestigkeit lag zwischen 50 und 60 N/mm2. Anstelle der blichen Reprofilierungsarbeiten (Entfernen des chloridverseuchten Betons und Auftrag eines Reparaturm rtels), entschied man sich f r ECE. Die Unterseiten der Tr ger in Br ckenmitte (Kragtr ger) und die Oberseite der Widerlager wurden mit Chloridentfernung behandelt. Das ECE-Verfahren wurde von der University Ulster begutachtet (Cromie et al 1999). Wie auch beim kathodischen Korrosionsschutz ist eine Zonierung der Maƒnahmen erforderlich (Vergleich DIN 12699).

Die TrÅgerunterseiten wurden mit einer StromstÅrke von 1 A/m2 und einer Ladung von 570 Ah/m 2 behandelt; die Auflageroberseite wurde mit einer StromstÅrke von 2 A/m 2 und einer Ladung von 478 Ah/m 2 behandelt. Nach Abschluss der Arbeiten wurde die Reduktion des Chloridgehalts an verschiedenen Stellen jeweils fär drei Tiefenprofile ÄberprÄft (Gesamtchloridgehalt nach BS 1881). In der ÅuÉersten Zone zwischen 5 bis 28,5 mm konnten zwischen 18 und 82 % der urspränglich vorhandenen Chloridionen entfernt werden (im Mittel 58,3 %, je 9 Proben). In der mittleren Zone von 31,5 bis 53,5 mm konnten zwischen 28 und 99 % der Chloridionen entfernt werden (im Mittel 74,1 %, je 9 Proben). In der Zone von 56,5 bis 80 mm, also der Zone, die in der Ebene der Bewehrung lag, konnten zwischen 68 und 90 % der Chloridionen entfernt werden (im Mittel 76, 4 %). Es ist anzumerken, dass zum Teil fär die letzte Zone keine Proben entnommen werden konnten. Es fållt auf, dass die Ergebnisse nicht eindeutig hinsichtlich der Wirksamkeit der Methode in den Einzelnen Ebenen waren. Es wåre zu erwarten, dass das Verfahren am wirksamsten in der NÅhe der Kathode ist. Obwohl die Mittelwerte dies beståtigen, weichen einzelne Werte jedoch von diesem allgemein zu erwartenden Trend ab. Dies kann nach Auffassung des Verfassers auf zwei Ursachen haben: 1. Die Beprobung wurde nicht sorgfåltig durchgefährt (Wahl des Orts der Beprobung). 2. Das anfångliche Chlorid Ionen Konzentrationsprofil war unterschiedlich (vgl. Grantham, 1995). 3. Besondere Aspekte bei der DurchfÅhrung elektrochemischer SanierungsmaÇnahmen Die aufgefährten ECE Projekte haben gezeigt, dass man bei der Planung und Bewertung einige grundlegende Aspekte beachten sollte, um die Verfahren erfolgreich durchzufähren und zu bewerten. 3.1 Systembemessung Bei der Planung und ÑberprÄfung von Tragwerken ist der verbleibende Querschnitt von má Beton beziehungsweise der Restquerschnitt an má Stahl maégebend (Abb. 4). 760 80 2 0 0 5 0 0 a ) R iv e r B a n n C ross S e c t io n * ( 1 9 6 3-2 0 0 1 ) 1 4 d ia m. 7 m m (p res tres s e d ) Abb.4 Typischer Querschnitt eines BetontrÅgers Das Vorgehen ist jedoch nicht richtig, wenn es um die Bemessung elektrochemischen SchutzmaÉnahmen geht. Hier ist jeweils die OberflÅche der Kathode (Stahl) im Bezug zur OberflÅche der Anode (Beton) relevant. In Abb. 4 betrågt die StahloberflÅche 1,22m 2 pro m 2 BetonoberflÅche. In der Regel bezieht man sich bei der Auslegung von elektrochemischen Sanierungssystemen auf die OberflÅche des Stahls, da der Stahl zu schätzen ist. Allerdings ist zu beachten, dass es aufgrund von zu hohen StromstÅrken nicht zur SchÅdigung des Betons kommt, insbesondere wenn das VerhÅltnis StahloberflÅche/BetonoberflÅche grçéer 1 ist. 3.2 Wirksamkeit der Chloridentfernung Nachfolgend ist die Wirksamkeit des ECE-Verfahrens in AbhÅngigkeit von StromstÅrke und Behandlungsdauer dargestellt (Abb. 5). Das Diagramm stammt aus einem speziell auf ECE abgestimmten FD-Modell, welches mit umfangreichen Untersuchungen verifiziert wurde (Siegwart et al 2003 2 ). Es zeigt sich mit zunehmender Behandlungsdauer eine exponentiell abnehmende Wirksamkeit sowie eine geringe Steigerung der Wirksamkeit mit hohen StromstÅrken. Eine Behandlungsdauer von mehr als 3000 Stunden und StromstÅrken von mehr als 2A/m 2 bringen nur noch Nebenwirkungen (Betonzersetzung) aber zeigen keine Wirkung mehr. 200 500 200 900

Besser ist es deshalb, wo immer mçglich Leitungswasser zu benutzten und die Anode mit einem geringen Durchfluss konstant durchzuspälen. Das ablaufende Wasser sollte abgefangen und abgeleitet werden. Abb. 5 Behandlungsdauer/StÅrke/EffektivitÅt von ECE Die PorenflÄssigkeit enthålt unterschiedliche Konzentrationen verschiedener Anionen und Kationen. (Breit, 1997). Die Abnahme der Wirksamkeit von ECE låsst sich unter anderem mit den sich Åndernden Migrationseigenschaften von Ionen in sich veråndernder Konzentration (Castellote et al. 1999) erklåren. 3.3 Nachweis der Wirksamkeit WÅhrend der Salzeintrag in Beton ein ungerichteter Diffusions- und Kapillartransportprozess ist, findet Migration wåhrend ECE und Realkalisierung unter dem Einfluss und in AbhÅngigkeit der StÅrke des elektrischen Feldes gerichtet statt. Die Wirkung der Verfahren ist an den Elektroden am stårksten und nimmt mit zunehmender Entfernung von den Elektroden ab, da sich das elektrische Feld verteilt (Feldlinienmodell). Man kann zwar irgendwo im Beton die Ausgangschlorsalzkonzentration ermitteln, da diese mehr oder weniger repråsentativ fär die unmittelbare Umgebung sein wird. FÄr den Nachweis der Wirksamkeit von ECE und Realkalisierung ist man jedoch gut beraten zuerst die Lage der Bewehrung relativ zur Lage der Probe zu ermitteln und dann die Probe in der NÅhe der Bewehrung zu entnehmen. Sonst erhålt man Chlorkonzentrationen hçchster VariabilitÅt, eventuell kommt man (fålschlicherweise) zum Schluss die Methode hat nicht gewirkt. 3.4 Nebenwirkung an BetonoberflÄche In Abschnitt 2 wurde erwåhnt, dass die bei der Anode befindliche ElektrolytlÇsung aufgrund der ablaufenden chemischen Reaktionen sauer wird. Wird dem Elektrolyt ein Puffer hinzugefägt, zum Beispiel Lithiumborat, so wird zwar die Versauerung der LÇsung hinausgezçgert, gleichzeitig verringert sich aber auch die Wirksamkeit von ECE (Siegwart et al. 2002). Ebenso stellt sich die Frage nach der GesundheitsvertrÅglichkeit der eingesetzten Stoffe. 3.5 Nebenwirkungen im Beton (an der Kathode) Da sich in einem porçsen Material (Beton) kein nennenswertes Membranpotenzial aufbaut (Bockris et al 1998c), findet ein Ausgleich der Ionenkonzentration an Anode und Kathode sofort durch die entsprechenden Reaktionen statt. An der Bewehrung, der Kathode, kann man zwei unterschiedliche Prozesse beobachten. Erstens kommt es zu einer Anreicherung mit Kationen (Na +, K + und Ca 2+ ) und zur Bildung einer entsprechenden Menge an Hydroxid (OH - ) und somit zu einer starken ErhÇhung des ph Wertes. Zweitens veråndert sich die Porenstruktur des Betons. In der Regel haben diese VerÅnderungen keine negativen Auswirkungen auf die betontechnischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Haftung, jedoch kçnnten sich die Eigenschaften nachteilig veråndern, wenn ECE zu lange angewendet wird (Siegwart et al. 2005). In diesen FÅllen weicht der Beton auf. Es kommt zum Verlust der Haftzugfestigkeit. Deshalb ist die elektrische Ladung in den bereits erwåhnten Grenzen zu halten. 3.5 Nachbehandlung Nachdem ECE oder Realkalisierung durchgefährt wurde, empfiehlt es sich die FlÅchen nachzubehandeln. Entweder mit einer karbonatisierungshemmenden Beschichtung (alkalisierter Beton), oder mit einer MaÉnahme, die die känftige Chloridkontamination (organische Beschichtung/Abdichtung) oder die die Wasseraufnahme in den Beton reduziert (Hydrophobierung). 4. Zusammenfassung Es wurde ein Ñberblick Äber elektrochemische Sanierungsverfahren gegeben und die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der einzelnen Sanierungsverfahren aufgezeigt. Der Fokus des Beitrags liegt auf den ECE- Verfahren, das im Gegensatz zu KKS und KKP nur fär eine kurze Zeit angewendet wird. Es wurde gezeigt, dass diese Verfahren wirksam sind. Die Planung, DurchfÄhrung und ÑberprÄfung der MaÉnahme muss sorgfåltig und mit dem nçtigen Sachverstand durchgefährt werden, um die richtigen Schlussfolgerungen ziehen zu kçnnen. 5. Quellenverzeichnis Amy Mouchel Client Report to Highways Agency: Park street viaduct, structure no: m5/8.40/1, review of

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