Korrosions­probleme?

Der kathodische Korrosionsschutz als eine Erhaltungs- aber auch vorbeugende Korrosionsschutzmethode findet in einem weiten Gebiet des Hoch- und Ingenieurbaus Anwendung. Das Bild eines wartungsfreien  Baumaterials stimmt mit den Erfahrungen der letzten Jahrzehnte nicht mehr überein. Beton ist verschiedenen Abbaumechanismen ausgesetzt. Frühere Ausführungsmängel, wie z.B. eine nicht  ausreichende Betondeckung zusammen mit Abbauprozessen am Beton führen heute zu einem enormen  Wartungs- und Instandsetzungsaufwand. 

 

Betroffen sind v.a. Bauwerke aus den 60er und 70er Jahren. Vorrangig Brückenbauwerke und Gebäude, die einer Streusalzbelastung ausgesetzt sind (z.B. Parkhäuser, Tiefgarage, etc.). Die positiven wirtschaftlichen Aspekte des kathodischen Korrosionsschutzes treten v.a. dann zu Tage, wenn die Schädigung in der  Bewehrung und am Beton nicht allzu fortgeschritten ist und die Bauteile strukturell intakt sind. Eine zu  erreichende Lebensdauer von 20 bis zu über 40 Jahren lässt diese Methode zu einer attraktiven Alternative und/oder Ergänzung zu herkömmlichen Instandsetzungsmethoden werden.

Verlust der Dauerhaftigkeit

Weshalb nimmt die Dauerhaftigkeit von Brücken, Parkhäusern, Stütz- wänden, Tunnelbauten, Müllverbrennungsanlagen und Meerwasserbauten ab? Kann der Beton die Bewehrung nicht ausreichend schützen?

Das Hauptproblem im mitteleuropäischen Raum ist das Tausalz auf den Straßen. Im Streusalz enthaltene Chloride dringen in das Bauwerk ein und zerstören dort die schützende Passivschicht der Bewehrung. Die Folge: Korrosion.

Weitere Quellen sind, sich in den Abgasen von Verbrennungsanlagen  niederschlagende aggressive Stoffe oder chloridhaltige Bodenwässer. Korrosion reduziert auf der einen Seite den Stahlquerschnitt und beeinträchtigt damit die Tragsicherheit der Bewehrung, auf der anderen Seite bewirkt die Ablagerung von Korrosionsprodukten an der Bewehrungsoberfläche eine Volumensvergrößerung des Bewehrungsstahls, welche ein Reißen und Abplatzen des Betons zur Folge hat. 

Überall dort, wo Salz in der Luft oder im Wasser vorhanden ist, Bauwerke wechselnden Wetterverhältnissen ausgesetzt sind, der Beton nicht  genügend dicht und die Betondeckung zu gering ist, besteht ein erhöhtes Korrosionsrisiko. 

Einflussfaktoren auf das Korrosionsrisiko der Bewehrung im Stahlbeton

Von außen of nicht erkennbar, führen Korrosionsschäden zu schwerem Tragfähigkeitsverlust und im schlimmsten Fall sogar zum Einsturz von Gebäuden.

Der Kathodische Korrosions­schutz

Der kathodische Korrosionsschutz setzt dort an, wo in den elektrochemischen Vorgang der Korrosion  eingegriffen werden kann. Durch Applikation eines Anodensystems an der Betonoberfläche, wird dem  Korrosionsstrom ein Schutzstrom entgegengesetzt. Dieser Schutzstrom polarisiert den Bewehrungsstahl, sodass der Stahl thermodynamisch, elektrisch und chemisch praktisch nicht mehr korrodieren kann. Die  an einer Stelle freigelegte Bewehrung wird an den Minuspol und die Anode an den Pluspols eines  als Stromquelle dienenden Gleichrichters angeschlossen. Nach Einschalten der Stromquelle wird durch  den Elektronenfluss die Bewehrung kathodisch polarisiert, sodass neben der Metallauflösung die damit  verbundene pH-Wert-Erhöhung die Bewehrung repassiviert. 

 

Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Anodensysteme zum Einsatz kommen. Eine kosten- günstige Lösung ist die leitende Beschichtung, bei der ja nach Schutzstrombedarf eine Lebensdauer von  an die 20 Jahren erreicht wird. Bei Verwendung von Anodennetzen oder Anodenbändern kann hingegen eine Lebensdauer von bis zu über 40 Jahren erzielt werden.

Titanaoidenbänder

Anodenbänder finden ihre Anwendung vorwiegend in Form von  kathodischer Prävention im Neubau und wenn aus statischen Gründen keine Gewichtszunahme der Konstruktion erlaubt ist.

Bei der Sanierung oder Instandsetzung werden die Titanbänder direkt an die Betonoberfläche in vorgefrästen Fugen oder Schlitzen montiert. Beim präventiven Schutz erfolgt die Installation mit Hilfe von Abstandshaltern direkt an den Bewehrungsstäben.

Der optimale Abstand der Bänder zueinander ist durch die Bewehrungsdichte und den erforderlichen Schutzstrombedarf bedingt. In der Regel liegt er aber bei ca. 15 bis 40 cm.

Systemaufbau mit aktiviertem Titannetz

Titananodennetz

Das aktivierte Titannetz ist weltweit das am häufigsten verwendete System. Die Methode ist vorwiegend für den Schutz bestehender Bauwerke ausgelegt und ist sowohl für die Applikation an vertikalen als auch an überhängenden Bauteilen geeignet.

Das Anodenmaterial besteht aus Titan in Form eines Netzes mit aktivierter Oxidschicht, welches in Spritzbeton eingebettet wird. Der Verbrauch des Anodenmaterials und die Dauerhaftigkeit des Einbettungsmaterials bestimmen dabei die Lebensdauer des Systems. In der Praxis ist eine Lebensdauer von über 40 Jahren anzunehmen.

Das Anodenmaterial wird direkt auf die vorbereitete Betonoberfläche appliziert. Der Mindestabstand der Bewehrung zur Anode darf dabei 1,5 cm nicht unterschreiten.

Zur Überwachung der Anlagen werden Referenzelektroden auf Basis Silber-Silberchloride (Ag/AgCl) miteingebaut. Im Bereich der Referenzelektroden wird ein sogenannter Bewehrungsanschluss hergestellt. Dabei wird ein Stück Bewehrungsstahl an das bestehende Bewehrungseisen angeschweißt und mit Epoxidharz isoliert. Vom eingeschweißten Eisen führen Kabelverbindungen zum Korrosionsschutzgleichrichter.

Das Anodennetz wird von Titanleitern, die in Abständen punktgeschweißt werden, mit Strom versorgt. Die maximale Stromdichte betr.gt 110 mA/m. Titanoberfläche. In der Regel sind max. 20 mA/m. Stahloberfläche ausreichend.

Mit einen Mörtel oder Beton wird das Anodensystem eingebettet, sodass das Bauwerk wieder sein ursprüngliches Aussehen erhält.

Systemaufbau mit aktiviertem Titannetz

Elektrisch leitende Beschichtung

Eine leitende Beschichtung wird v.a. dann empfohlen, wenn aus statischen Gründen eine Zunahme des Gewichtes nicht m.glich ist und der Beton nur eine geringe Beschädigung aufweist.

Die meisten Beschichtungen sind auf Wasser-, bzw. Polymerbasis. Die Herstellung des leitenden Füllers basiert entweder auf Acrylharz in dem Fasern mit hoher Leitfähigkeit verteilt sind, oder auf Kohlenstoff-, bzw. Graphitbasis.

Der Kontakt für den Stromfluss erfolgt über einen Kupfer- oder Titandraht bzw. in der Beschichtung eingelegte Bänder. Die Beschichtung wird in einer Stärke von ca. 0,5 - 10 mm in zwei Arbeitsgängen entweder durch Rollen, Bürsten oder Spritzen an der Betonoberfläche appliziert.

Eine leitende Beschichtung kann generell einen maximalen Schutzstrom von ca. 20 mA/m. Betonoberfläche abdecken. Sie muss einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen und gewährleistet einen homogenen Stromfluss.

Systemaufbau mit aktiviertem Titannetz