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
Erscheinungsformen punktförmig linienförmig im Randbereich flächig Erscheinungsformen punktförmig linienförmig im Randbereich flächig
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
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
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] 50 40 30 20 10 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]
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) 0 20 40 60 80 100 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 30 25 20 15 10 5 0 CEM I CEM II/B-M (S-LL) 0,01 0,1 1
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 0,01 1 100 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 0 20 40 60 80 100 Chloridgehalt [mmol/l] Korrosionsstrom i corr [µa/cm²] 10 1 0,1 ohne Chloridzugabe Zement 1, chromatreduziert Zement 1, 3 ppm Chromat 0,01-350 -250-150 -50 50 Potential vs. SAE [mv] Chromat bedingt Rückgang der Korrosionswahrscheinlichkeit
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] -50-100 -150-200 -250 kein TM TM TM + 3% I TM + 5% I -300 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Zeit t [h] Passivierung wird durch Trennmittel kaum beeinflusst
Einfluss des Trennmittels 100 ph = 12,80 i corr [µa/cm²] 10 1 0,1 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 0,001-500 -400-300 -200-100 0 100 200 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
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
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
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
Zusammenfassung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! www.ib-schiessl.de