Wenn die Fassade bröckelt: Korrosion von Stahl in Beton - Post Image

Gepostet von Dr. Vinzenz Bissig | 31 MAI, 2018

Wenn die Fassade bröckelt: Korrosion von Stahl in Beton

Beton schützt den darin verbauten Bewehrungsstahl durch einen erhöhten pH-Wert vor Korrosion. Wird der Stahl aber zu nahe an der Oberfläche verbaut, beginnt die Korrosion und der Beton platzt durch die volumenmässig grösseren Korrosionsprodukte auf. Auch erhöhte Chlorid-Konzentrationen in der Umgebung und Risse im Beton lassen den Stahl korrodieren. Zinkthermodiffusion bietet eine Möglichkeit für effizienten Korrosionsschutz.

Es ist im Grunde ein glücklicher Umstand, dass derselbe Vorgang, der die Erhärtung von Zement - und damit seine Verwendung als Baustoff - ermöglicht, gleichzeitig auch den Korrosionsschutz des Bewehrungsstahls sichert. Bei der Hydratation des Zementes tritt Calciumhydroxid in gesättigter wässriger Lösung ein und erzeugt einen pH-Wert von 12,6. Stahl in einem Medium dieser hohen Basizität ist durch Passivierung, das heisst durch eine lückenlose Deckschicht aus Eisenoxiden, vor Korrosion geschützt. Darum sind klassische Bewehrungsstähle einfachste Baustähle, die ohne Elemente wie Chrom für den Korrosionsschutz auskommen.

In den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurden viele Bausünden begangen; eine war beispielsweise, dass der Bewehrungsstahl zu nahe an der Oberfläche verbaut worden ist. Da Beton an der Oberfläche langsam karbonisiert, sprich der pH-Wert sinkt, beginnt der Stahl dort durch den wegfallenden Korrosionsschutz zu korrodieren. Die dabei entstehenden Korrosionsprodukte sind volumenmässig grösser und als Folge platzt die oberste Betonschicht ab. Ein Bild, welches man oft an Bauten aus dieser Zeit sieht.

Heutzutage wird der Stahl genug tief im Beton verbaut, so wurde das allgemeine Problem der Karbonisierung gelöst. Dennoch gibt es zwei Fälle von Bewehrungsstahlkorrosion die noch immer aktuell sind:

  • Hohe Chlorid-Konzentrationen in der Umgebung
  • Risse im Beton

Chlor ist eines der Elemente, welches die Korrosion von Eisenbasiswerkstoffen am meisten beschleunigt. Die Einflüsse von Chlor auf die Korrosion sind dabei vielfältig. So ist zum Beispiel FeCl3 sehr gut, Fe(OH)3 hingegen kaum wasserlöslich. Vereinfacht gesagt, führt zu viel Chlor dazu, dass sich kein schützender Oxid-/Hydroxidfilm auf dem Stahl bilden kann. Hohe Chlorid-Konzentrationen in Beton sind nicht nur in der Nähe von Meeren, durch Chlorid aus Salzwasser, ein Problem, sondern betreffen auch Mitteleuropa: In Tunneln und Parkhäusern gibt es kein Regen, welcher das Streusalz vom Winter wegspülen könnte. Dies führt dort zu erhöhten Chlorid-Konzentrationen.

Risse im Beton entstehen neben anderen Ursachen auch infolge Überlastung, so zum Beispiel bei Brücken. Mit Rissen im Beton wird die Situation vergleichbar zum Korrosionsangriff im Freien, da nun Feuchtigkeit und Luft mit dem Stahl in Berührung kommen und der hohe pH-Wert durch die Karbonisierung verloren geht.

Zinkthermodiffusion für Korrosionsschutz

Zink eignet sich gut für den Korrosionsschutz, wie bereits im Blogpost vom 16. Mai 2018  beschrieben wurde. Die folgende Grafik fasst die Resultate der ausführlichen Studie «Enhanced Performance Zinc Coating for Steel in Concrete» zur Korrosionsschutzperformance verschiedener Beschichtungen von Bewehrungsstahl zusammen. Es zeigt sich, dass bei zinkbasiertem Korrosionsschutz die Thermodiffusion (TD) eine gute Alternative darstellt, Bewehrungsstahl zu beschichten. Eine bessere Performance zeigt nur rostfreier Stahl, der allerdings meist aus Kostengründen nicht verwendet wird.

Diagramm Korrosion von Stahl in Beton

Haben Sie unseren Artikel über «Zink als passiver und kathodischer Korrosionsschutz» schon gelesen? Hier geht es zum Download.

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Quellen:
www.die-verbindungs-spezialisten.de
www.trb.org

Dr. Vinzenz Bissig

Geschrieben von Dr. Vinzenz Bissig

Dr. Vinzenz Bissig hat an der ETH Werkstoff-Ing. (heute Materialwissen...

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