Merkblatt 866Nichtrostender Betonstahl

Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

DieInformationsstelleEdelstahl Rostfrei

Die Informationsstelle Edelstahl Rost-frei (ISER) ist eine Gemeinschafts-organisation vonUnternehmen und In-stitutionen aus den Bereichen– Edelstahlherstellung,– Edelstahlhandel und Anarbeitung,– Edelstahlverarbeitung,– Oberflächenveredelung,– Legierungsmittelindustrie,– Marktforschung und Verlage fürnichtrostende Stähle.

Die Aufgaben der ISER umfassendie firmenneutrale Information überEigenschaften und Anwendungen vonEdelstahl Rostfrei. Schwerpunkte derAktivitäten sind

– praxisbezogene, zielgruppen-orientierte Publikationen,

– Online-Informationsplattformunter www.edelstahl-rostfrei.de

– Pressearbeit für Fach- undPublikumsmedien,

– Messebeteiligungen,– Durchführung von Schulungs-veranstaltungen,

– Errichtung von Kompetenzzentren„Edelstahl-Rostfrei-Verarbeitung“,

– Informationen über Bezugsmög-lichkeiten von Produkten ausEdelstahl Rostfrei,

– individuelle Bearbeitungtechnischer Anfragen.

Ein aktuellesSchriftenverzeichniswirdauf Anforderung gerne übersandt –oder ist einsehbar unterwww.edelstahl-rostfrei.de/Publikationen.

InhaltSeite

1 Warum nichtrostendeStähle im Betonbau? 1

2 Allgemeine Gebrauchseigen-schaften nichtrostenderBetonstähle 3

2.1 Passivität 32.2 Nichtrostende

Betonstahlsorten 42.2.1 Ferritische nichtrostende

Betonstähle 42.2.2 Austenitische nicht-

rostende Betonstähle 52.2.3 Ferritisch-austenitische

nichtrostende Betonstähle 62.3 Produkte 7

3 Korrosionsverhalten nicht-rostender Betonstähle 8

3.1 Mögliche Korrosionsarten 83.2 Lochkorrosionsverhalten

nichtrostender Betonstähle 93.3 Korrosion unlegierter

Stähle im Kontakt mit nicht-rostendem Stahl (Mischbe-wehrung) 13

4 Werkstoffauswahl der nicht-rostenden Betonstähle underforderliche Betondeckung13

4.1 Grenzwerte für die Zusam-mensetzung und Eigen-schaften des Betons sowiedie Mindestbetondeckungnach Expositionsklassen 13

4.2 Reduzierte BetondeckungdurchWahl nichtrostenderBetonstähle 14

4.3 Wahl eines geeignetennichtrostenden Bewehrungs-stahls 15

5 Anwendung nichtrostenderBetonstähle 16

5.1 Richtlinien 165.2 Baupraktische Erfahrungen 175.3 Anwendungsbeispiele 17

6 Kosten 196.1 Allgemeine Zusammenhän-

ge 196.2 Kosten-Nutzen-Analyse 20

7 Literatur 21

Impressum

Merkblatt 866Nichtrostender Betonstahl1. Auflage 2011

Herausgeber:Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 22 0540013 DüsseldorfTelefon: 0211 / 67 07-8 35Telefax: 0211 / 67 07-3 44Internet: www.edelstahl-rostfrei.deE-Mail: info@edelstahl-rostfrei.de

Autor:Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Ulf Nürn-berger, Stuttgart

Bilder Umschlag, 9, 11 und 12:Hagener Feinstahl GmbH, Hagen;Ugitech GmbH, Renningen

Die in dieser Broschüre enthaltenenInformationen vermitteln Orientie-rungshilfen. Gewährleistungsansprü-che können hieraus nicht abgeleitetwerden. Nachdrucke aus dieser Doku-mentation bzw. Veröffentlichungen imInternet, auch auszugsweise, sind nurmit schriftlicher Genehmigung desHe-rausgebers und mit deutlicher Quel-lenangabe gestattet.

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1 Warum nicht-rostende Stähleim Betonbau?

Beim Stahlbeton gewährt der Betonder eingebetteten Bewehrung aus un-legiertem Stahl einen doppelten Kor-rosionsschutz [1]: Der hochalkalischePorenelektrolyt passiviert den Stahlund die Überdeckung aus Beton hältaufgrund ihrer weitgehenden Un-durchlässigkeit für Gase undwässrigeLösungen die für die Korrosion not-wendigen Angriffsmittel vom einge-betteten Betonstahl fern. Im Hinblickauf eine hohe Dauerhaftigkeit vonStahlbetonbauteilen regelt die zustän-dige DIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-1 [2]die betontechnologischen Maßnah-men zur Sicherung des Korrosions-schutzes. Wichtige Kriterien hierfürsind eine ausreichendeBetongüte und-deckung, die Beschränkung der Riss-breite, der Entwurf betoniergerechterBauteile (z.B. keine zu dichte Beweh-rung) und ein korrosionsschutzgerech-tes Gestalten (z.B. Möglichkeiten zurAbführung aufstehenden Wassers).Wenn diese Vorkehrungen eingehal-tenwerden, sind imRegelfall keine Be-wehrungsstahlkorrosion und hierausresultierende Schäden zu erwarten.

Stahlbetonbauwerke sind nicht unbe-schränkt dauerhaft und nicht frei vonUnterhaltungsaufwand. In besonderenFällen, vor allemwennmit einer Carbo-natisierungder BetondeckungodermitdemZutritt vonChloridenundsomitmitBewehrungsstahlkorrosionundAbplat-zungder Betondeckung zu rechnen ist,ist es daher technisch und auch wirt-schaftlich sinnvoll, zusätzliche Korrosi-onsschutzmaßnahmen anzuwenden.Andernfalls müssten u.U. kostspieligeInstandsetzungsmaßnahmen in Kaufgenommen werden. Unter den folgen-den Voraussetzungen ist die Anwen-dung zusätzlicher Korrosionsschutz-maßnahmen sinnvoll (Bild 1) [3, 4]:

• Es liegen extrem ungünstige, korro-sionsfördernde Umgebungsverhält-nisse vor (z.B. bei tausalzbeauf-schlagten Parkdecks, Treppen undStützwänden entlang befahrenerStraßen).

• Aufgrund einer erforderlichen Wär-medämmung oder aus Gewichts-gründen werden bewehrte nichtge-

fügedichte Leichtbetone eingesetzt,deren poröse Gefügestruktur keinendauerhaften Korrosionsschutz ge-währleistet.

• Es sind Sonderkonstruktionen, wieAnschlussbewehrungen zwischenOrtbetonbauteilen und Fertigteilenoder wärmegedämmte Übergängezwischen einem Baukörper und au-ßen liegenden Anbauten (z.B. Bal-kone), zu erstellen. In diesen Fällenkann die Bewehrung Fugen kreuzen,wobei der alkalische Schutz an die-ser Stelle entfällt. Oder es werdenwärmegedämmteSandwich-Elemen-te fürWändeundDecken konstruiert.Hier muss für die im Wandinnernteilweise nicht im Beton eingebette-te Bewehrung korrosionsgeschütz-ter Stahl eingesetzt werden.

• Es wird bezüglich der Güte des Be-tons und der in Abhängigkeit vonden Umgebungsbedingungen not-wendigen Betondeckung von aner-kannten Regeln der Bauausführungbewusst oder unbewusst abgewi-chen (z.B. Herstellung sehr filigranerBauteile).

Es existieren die unterschiedlichstenAnsätze, um im bewehrten Betonbaudurch zusätzliche vorbeugende oderInstandsetzungsmaßnahmen eine Be-wehrungsstahlkorrosion auszuschlie-ßen. Zu unterscheiden sind Maßnah-men beim Beton und beim Stahl undsonstige Maßnahmen [1, 5]:

BetongüteDer wichtigste Korrosionsschutz fürdie Bewehrung ist der Beton. Zusätz-liche Korrosionsschutzmaßnahmensollten nur dann in Erwägung gezogenwerden, wenn alle Möglichkeiten, diesich von der Betontechnologie her bie-ten, ausgeschöpft sind. BesondereFaktoren, die in dieser Hinsicht zu be-achten wären, sind ein geringer Was-ser/Zement-Wert, ein ausreichend ho-her Zementgehalt, der sorgfältige Um-gang mit Betonzusatzmitteln, einegute Verdichtung und sorgfältigeNachbehandlung, sowie eine auf dieKorrosivität der Umgebung abge-stimmte Betondeckung.

InhibitorenDem Frischbeton zugegebene Inhibi-toren sind im Regelfall Nitrite. Sie sol-len beim Stahl auch in Anwesenheit

erhöhter Chloridgehalte die Passivitätaufrecht erhalten. Da diese Stoffe da-zu neigen durch Wasser aus dem Be-ton herausgelöst zu werden, schützendiese nur bei Wahl höherer Beton-güten undBetondeckungenund im ris-sefreienBeton zuverlässig. In Deutsch-land kommen Inhibitoren kaum zurAnwendung.

BetonbeschichtungenBetonbeschichtungen können je nachArt und Dicke den Eintritt gasförmigerStoffe undwässriger Lösungen in denBeton be- bzw. verhindern. Sie schüt-zen damit den Beton (z.B. vor Frostab-platzungen), den darin eingebettetenStahl vor Korrosion (mittels sog. risse-überbrückender Beschichtungen auchim rissbehafteten Beton) und sie er-leichtern die Pflege von Betonflächen(z.B. bei befahrenenDecks in Parkhäu-sern). Es ist jedoch von Nachteil, dassBetonbeschichtungen nur eine be-grenzte Lebensdauer haben und ge-wartet werden müssen.

Feuerverzinkte BetonstähleIn alkalischem Beton sind Zinküber-züge wegen Bildung von Deckschich-ten aus Calciumhydroxozinkat bestän-dig. In carbonatisiertem Beton entste-hen auf Zinküberzügen basischeZinkcarbonate mit geringer Löslich-keit. Die Abtragsgeschwindigkeit istdann erheblich geringer als bei unver-zinktem Stahl und die Verzinkung istauf Dauer korrosionssicher. In chlorid-haltigem Beton sind verzinkte Stählebeständiger als unverzinkte, jedochmuss bei Chloridgehalten > 1,5 M.-%(bezogen auf Zement) mit einem ra-schen Zinkabtrag gerechnet werden.Wenn bestimmungsgemäß erhöhteChloridgehalte anfallen (z.B. bei Park-decks), dann weisen Zinküberzüge le-diglich einen temporären Korrosions-schutz auf.

EpoxidharzüberzügeEpoxidharzbeschichtungen zeichnensich durch eine sehr gute Verträglich-keitmit alkalischemund carbonatisier-tem Beton, einen hohen Diffusions-widerstand gegenüber Wasserdampfund Sauerstoff sowie Dichtigkeitgegenüber Chloriden ausund schützenbei vorhandener Haftung auf demStahluntergrundundausreichender Di-cke vor Bewehrungsstahlkorrosion.Aufgrund von negativen Erfahrungenmit epoxidharzbeschichteten Beton-

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Bild 1: Möglichkeiten einer Verwendung nichtrostender Stähle im Betonbau

Hohe Korrosionsbeanspruchung:Die Bewehrung einer Stützwand bzw. Treppe korrodierte als Folge einer Tausalzbe-anspruchung. Die Folge sind Stahlabtrag, Bildung voluminöser Korrosionsprodukte und Betonabsprengung. Die An-wendung zusätzlicher Korrosionsschutzmaßnahmen kann diese Schäden verhindern.

Bewehrter Leichtbeton: Im nicht gefügedichten Beton fin-denSchadstoffe,Wasser undSauerstoff leicht Zugang zurBewehrung. Deshalbmuss diese immer zusätzlich korro-sionsgeschützt werden.

Reduzierte Betondeckung: Sehr feingliedrige Bauwerke(z.B. Betonschalen) erfordern gelegentlich geringere Be-tondeckungen, die durch eine zusätzlich korrosionsge-schützte Bewehrung ausgeglichen werden müssen.

Sonderbauweisen: Bei diesem wärmedämmenden Kragplattenanschluss wird durch die Ver-wendung austenitischer nichtrostender Betonstähle mit geringer Wärmeleitung eine effiziente-re thermische Trennung der außen liegenden Balkonplatte vom warmen Innenbereich erreichtund auch die Korrosionsbeständigkeit wird im Übergangsbereich sichergestellt.

Balkonplatte Deckenplatte

Konsole nichtrostenderBetonstahl

Zugstab

Querkraftstab

Druckstab

Wandscheibe

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stählen in chloridhaltiger Umgebung,die auch durch Beschichtungsmängelbedingt waren, bestehen jedoch Vor-behalte gegenüber einer Anwendungvon epoxidharzbeschichteten Beton-stählen. Häufig wird argumentiert,dass die Beschichtung wegen man-gelnder Robustheit beim Transport,bei der Handhabung auf der Baustel-le und beim Einbau beschädigt wer-den kann und der vollständige Korro-sionsschutz deshalb nicht sicherge-stellt ist. Es gilt auch zu beachten,dass der lineareWärmeausdehnungs-koeffizient von Epoxidharz erheblichgrößer ist als jener von Stahl, so dassbei Abkühlung Risse im Überzug zubefürchten sind. In Deutschland wer-den epoxidharzbeschichtete Betons-tähle derzeit nicht angewendet.

Kathodischer KorrosionsschutzNeben den herkömmlichen Instand-setzungsverfahren ist der kathodischeKorrosionsschutz (KKS), welcherhauptsächlich dann eingesetzt wird,wenn eine Depassivierung des Be-wehrungsstahls durch Chlorideinwir-kung vorliegt, häufig ein sinnvollesMittel zur Instandsetzung geschädig-ter Bauwerke. Grundsätzliches Zieldes kathodischen Korrosionsschutzesist es, die Korrosionsrate aktiver Sys-teme soweit zu verringern, dass sietechnisch vernachlässigbar wird unddie Lebensdauer des Objektes in ge-wünschtemMaße verlängert wird. Ge-gen die Anwendung des kathodischenKorrosionsschutzes im Betonbauspricht der vielfach nicht akzeptierteUmstand, dass eine langjährige War-tung der Anlage erforderlich ist unddass dadurch Zusatzkosten entste-hen.

Nichtrostende BetonstähleDie Verwendung nichtrostender Be-tonstähle ist eine der zuverlässigstenMöglichkeiten eines zusätzlichen Kor-rosionsschutzes für die Bewehrung.Diese Bewehrungstähle sind im alka-lischen und carbonatisierten Betonpassiv. In Anwesenheit von Chloridsal-zen neigen nicht ausreichend hoch le-gierte Edelstähle zu Lochkorrosion, amehesten in Bereichen vonSchweißun-gen. Demkann durch Anheben der Ge-halte an Chrom und Molybdän imEdelstahl zuverlässig begegnet wer-den. Bei geeigneter Legierungszusam-mensetzung sind nichtrostende Be-tonstähle deshalb auch unter extre-

men Korrosionsbeanspruchungenabsolut sicher vor einem Angriff.

Ein Nachteil der nichtrostenden Stäh-le ist der vergleichsweise hohe Be-schaffungspreis. Bei Verwendungnichtrostender Stähle fallen bei geeig-neter Auswahl jedoch keine zusätzli-chen Betriebskosten für Instandset-zung und Erneuerungsmaßnahmenwährend der gesamten Lebensdauerdes Bauwerkes an. Letztendlich sindKonstruktionen, die unter Verwendungnichtrostender Betonstähle erstelltwerden, kostengünstiger und zuver-lässiger über lange Zeiträume. Zusam-menfassende Darstellungen zumwelt-weiten Einsatz nichtrostender Beweh-rungsstähle im Betonbau sind in [3-8]enthalten.

In der Folge wird schwerpunktmäßigüber die Eigenschaften nichtrostenderBetonstähle berichtet, die als Stab-stahl, Betonstahlmatten oder bei Git-terträgern im Stahlbetonbau Anwen-dung finden. Die in Deutschland ver-wendeten nichtrostenden Betonstählebesitzen imRegelfall eine bauaufsicht-liche Zulassung des Deutschen Insti-tuts für Bautechnik (DIBt) in Berlin. Inder Bautechnik können allerdingsauch anderweitige Konstruktionsteileaus nichtrostendem Stahl in Betoneingebettet werden. Beispielhaft zunennen sind Einlegeteile für Befesti-gungen im Betonbau wie Ankerschie-nen und Kopfbolzenverankerungen,anderweitige Verankerungen und An-schlussbewehrungen sowie Befesti-gungsmittel für Porenbetonwandplat-ten. Die Anwendung solcher Bauteileaus Edelstahl wird teilweise durchBauteilzulassungen geregelt. So weites zum generellen Verständnis desVerhaltens nichtrostender Stähle imBetonbau erforderlich ist, wird auchauf das korrosionstechnische Verhal-ten der gegenwärtig nicht als Beton-stahl zugelassenen, aber dennoch imKontakt mit Beton verwendeten Edel-stähle eingegangen.

2 AllgemeineGebrauchseigen-schaftennichtrostenderBetonstähle

2.1 Passivität

Als nichtrostende Stähle werden sol-che hochlegierten Stähle bezeichnet,bei denen, im Gegensatz zu den unle-gierten und niedriglegierten Stählen,unter üblichen Umweltbedingungen(Luftsauerstoff, Feuchtigkeit) und inwässrigen, annähernd neutralen bisalkalischen Lösungen keine Flächen-korrosion und merkliche Rostbildungerfolgen. Deshalb erübrigt sich beidiesen Stählen ein zusätzlicher Korro-sionsschutz. Voraussetzung für dasgenannte Verhalten ist einMinimalge-halt des Stahls an bestimmten Legie-rungselementen und die Anwesenheiteines Oxidationsmittels (z.B. Sauer-stoff) im umgebenden Medium. Hier-durchwird eine Passivierung der Ober-fläche bewirkt. BeiMetallen beschreibtder Begriff „Passivität“ denZustand ei-ner starken Reaktionshemmung deranodischen Eisenauflösung nach Bil-dung von Passivschichten auf derOberfläche. Solche Schutzschichtensind sehr dünneOxidschichten. Vor al-lem Chrom ist ein zu Passivierung nei-gendes Element. Durch Legieren über-trägt es diese Eigenschaft auf Eisenbzw. Stahl: Die aktive Korrosion (Flä-chenkorrosion) nimmt in korrosionsför-dernden Medien mit steigendemChromgehalt ab. Der Chromgehalt, beidessen Überschreitung Passivität ein-tritt, hängt vom Angriffsmittel ab. InWasser und in der Atmosphäre sollteder Chromgehaltmindestens 12M.-%betragen.

Passive nichtrostende Stähle sindbeständig gegenüber Flächenkorro-sion, jedoch bei nicht ausreichendemLegierungsgehalt empfindlich gegen-über Lochkorrosion und Spannungs-risskorrosion in Gegenwart spezifi-scher Medien (z.B. Chloridionen). DieAnfälligkeit der nichtrostendenStähle gegenüber den genanntenKorrosionsarten ist wegen deren pH-Abhängigkeit in Zementmörtel undBeton jedoch geringer als bei atmos-phärischer Korrosionsbeanspruchung.

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2.2 NichtrostendeBetonstahlsorten

Mit der Auswahl und dem Gehalt derLegierungselementewird ein bestimm-ter Gefügezustand erzeugt. Deshalbwerden nichtrostende Stähle nach ih-remGefügezustand eingeteilt, nämlichin ferritische, austenitische, ferritisch-austenitischeundmartensitischeStäh-le. Martensitische nichtrostende Stäh-le haben für den Betonbau jedoch kei-neBedeutung. Insofernwerdensiehiernichtbehandelt.Tab. 1 zeigt eineÜber-sicht jener nichtrostenden Stähle, diefür eineAnwendung imKontaktmit Be-ton in Frage kommen. UnterschiedenwirdnachGüten, diederzeit inDeutsch-land bereits angewendet werden undsolchen, die in einer vorläufigen Versi-onder pr EN10080 (Betonstahl) aufge-listet sind. Diese Edelstähle werdengrundsätzlich nach ihrer Beständigkeitim angreifenden Medium ausgewählt,

aber es werden auch bestimmte tech-nologische Eigenschaften in Hinblickauf Verarbeitung und Anwendung an-gestrebt. Der Legierungsgehalt sollteauswirtschaftlichenGründennicht un-angemessen hoch sein, jedoch unterden beabsichtigten Einsatzbedingun-gen auch nicht zu niedrig sein, so dassdie erforderliche Beständigkeit im an-greifendenMedium erzielt wird.

2.2.1 Ferritische nichtrostendeBetonstähle

Mechanische EigenschaftenEisen-Chrom-Legierungen haben einferritischesGefüge. ImBauwesenwer-den hauptsächlich ferritische nichtros-tende Stähle mit einem Chromgehaltbis 18M.-% technisch genutzt. Zusätz-lich können ferritstabilisierende Legie-rungselemente wie Molybdän zur Er-höhung der Korrosionsbeständigkeitzugegeben werden.

Ein Vorteil der ferritischen nichtrosten-den Stähle gegenüber den austeniti-schen ist ihre vergleichsweise höhereStreck- bzw. 0,2-Dehngrenze im lö-sungsgeglühten undwarmgefertigtenZustand [9]. Dagegen ist die Zähigkeitim Vergleich zu den austenitischenStählen geringer und die Verarbeitbar-keit schwieriger. Ferrite haben auch ei-ne gewisse Neigung zu Kerbempfind-lichkeit und Kaltsprödigkeit. DieVerwendung der ferritischen nicht-rostenden Stähle bei tiefen Tempera-turen ist daher begrenzt; eine gute Zä-higkeit besteht nur bis etwa 0 °C. Dasgenannte Verhalten ist auf den nach-teiligen austenitstabilisierenden Ein-fluss von Kohlenstoff und Stickstoffzurückzuführen. Diese Elemente be-wirken Ausscheidungs- und Verfesti-gungsvorgänge und bereits geringeMengen führen zur Bildung von Auste-nit in der ferritischen Matrix, der sichbei Abkühlung auf Raumtemperatur

Tab. 1: Hauptlegierungselemente der im Betonbau verwendeten nichtrostenden Stähle (Analyse gemäß DIN EN 10088-1 [9])

Werkstoff-Nr. Kurzname GefügeHauptlegierungselemente in M.-%

C Cr Ni Mo N Sonstige

1.40031)2) X2CrNi12

F kv < 0,03 10,5 - 12,5 0,3 - 1,0 – < 0,03

1.43011)2) X5CrNi18-10

A kv < 0,07 17,5 - 19,5 8,0 - 10,5 – < 0,11

1.43112) X2CrNiN18-10

A < 0,03 17,5 - 19,5 8,5 - 11,5 – 0,12 - 0,22

1.44012) X5CrNiMo17-12-2

A kv < 0,07 16,5 - 18,5 10,0 - 13,0 2,0 - 2,5 < 0,11

1.45711)2) X6CrNiMoTi17-12-2

A kv < 0,08 16,5 - 18,5 10,0 - 13,5 2,0 - 2,5 –Ti: 5xCbis 0,7

1.44062) X2CrNiMoN17-11-2

A < 0,03 16,5 - 18,5 10,0 - 12,5 2,0 - 2,5 0,12 - 0,22

1.44362) X3CrNiMo17-13-3

A kv < 0,05 16,5 - 18,5 10,5 - 13,0 2,5 - 3,0 < 0,11

1.44291)2) X2CrNiMoN17-13-3

A wgw < 0,03 16,5 - 18,5 11,0 - 14,0 2,5 - 3,0 0,12 - 0,22

1.45291) X1NiCrMoCuN25-20-7

A wgw < 0,02 19,0 - 21,0 24,0 - 26,0 6,0 - 7,0 0,15 - 0,25 Cu: 0,5 - 1,5

1.43621)2) X2CrNiN23-4

F-A kvF-A wgw

< 0,03 22,0 - 24,0 3,5 - 5,5 0,10 - 0,60 0,05 - 0,20

1.44621)2) X2CrNiMoN22-5-3

F-A kvF-A wgw

< 0,03 21,0 - 23,0 4,5 - 6,5 2,5 - 3,5 0,10 - 0,22

F = ferritisch A = austenitisch FA = ferritisch-austenitisch (Duplex) kv = kaltumgeformt wgw = warmgewalzt1) derzeit in Deutschland verwendet 2) in einer vorläufigen Version der pr EN 10080 (Betonstahl) aufgelistet

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in Martensit umwandelt. Bei dem fer-ritischen nichtrostenden Betonstahl1.4003 ist selbst bei langsamer Ab-kühlung neben Ferrit auch MartensitimGefüge vorhanden. Nachteilig wirktsich auch die Tendenz der Ferrite zurGrobkornbildung aus. Betroffen sindvor allemwärmebeeinflussteSchweiß-zonen, da dort am ehestenmit grobenKorn und Zähigkeitsabfall zu rechnenist. Im Hinblick auf die genanntenGefährdungen wurde der Edelstahl1.4003 sehr speziell legiert: Durch ei-ne Begrenzung des Kohlen- undStick-stoffgehaltes (∑ C+N≈ 0,03) sowie Zu-satz von Mangan und Nickel werdenbei der Umwandlung von Austenit inMartensit eine zu starke Aufhärtungund Grobkornbildung und somit auchverminderte Zähigkeit in der Wärme-einflusszone neben der Schweiße ver-mindert.

Physikalische EigenschaftenFerritische nichtrostendeStähle habeneine Dichte von 7,7 kg/dm3 und sindferromagnetisch, alsomagnetisierbar.Von den physikalischen Eigenschaftensind im Hinblick auf das Konstruierenund Schweissen insbesondere dieWärmeausdehnung und die Wärme-leitfähigkeit von Bedeutung. Bei ferri-tischen Edelstählen beträgt der line-are Wärmeausdehnungskoeffizientzwischen 20 und 100 °Cwie bei Betonetwa 10 x10-6 K-1. Bei Verwendung alsBetonstahl können somit keine Span-nungen und Verbundstörungen imKontaktbereich Stahl/Beton aufgrundeiner hohen Temperaturbelastung ent-stehen. Die Wärmeleitfähigkeit vonnichtrostendenStählen ist gegenüberanderen Baumetallen generell niedrigund verhält sich etwawie in Tab. 2 an-gegeben.

Die ferritischen nichtrostenden Stäh-le, insbesondere jedoch die austeniti-schen nichtrostenden Stähle, weisensomit eine niedrigereWärmeleitfähig-keit auf als andere Baumetalle.

KorrosionsverhaltenFerritische nichtrostende Stähle wei-sen unter den üblicherweise im Bau-

wesen vorherrschenden Bedingungen(Angriff schwach saurer bis alkalischerwässriger Medien) eine ausreichendeBeständigkeit gegenüber Flächenkor-rosion auf. Bei Zugabe ausreichendhoher Gehalte an Chrom und Molyb-dän kann auch Beständigkeit gegen-über Lochkorrosion erreicht werden.Vergleichbare Chromgehalte voraus-gesetzt, ist das Verhalten gegenüberSpaltkorrosion deutlich ungünstigerals z.B. bei den austenitischen nicht-rostenden Stählen. Die Nickelzugabebei den austenitischen nichtrostendenStählen erhöht die Säurebeständig-keit. In Spalten reagiert ein Elektrolytwegen Hydrolyse der Korrosionspro-dukte häufig sauer, was einen Angriffdurch Chloridionen verstärken kann.

Ferritische nichtrostende Stähle wei-sen generell eine hohe Beständigkeitgegenüber Spannungsrisskorrosion inchloridhaltiger Umgebung auf. Sie ha-ben jedoch eine gewisse Neigung zuinterkristalliner Korrosion. Die Ursachehierfür ist die geringe Löslichkeit deschromreichen Ferrits für Kohlenstoffund Stickstoff und die damit verbun-dene Ausscheidung von Carbiden undNitriden an der Korngrenze. Um eineAnfälligkeit gegenüber interkristallinerKorrosion nach einemSchweißen aus-zuschließen, wird bei dem Edelstahl1.4003 der Kohlenstoff- undStickstoff-gehalt abgesenkt.

AnwendungZur Herstellung von kaltumgeformtenferritischen nichtrostendenBetonstahlin Ringen von 4 bis 14mmDurchmes-ser wird die Edelstahlsorte 1.4003(X2CrNi12) verwendet (Tab. 1). Sie istmit den für herkömmliche Betonstäh-le üblichen Verfahren schweißbar.

Nichtrostender Betonstahl 1.4003kann in allen Stahlbetonkonstruktio-nen aus Normal- und Leichtbeton,auch in Bereichen in denenmit Carbo-natisierung zu rechnen ist, angewen-det werden, sofern erhöhte Belastun-gen durch Chloride ausgeschlossenwerden können. Der nichtrostendeBetonstahl 1.4003 ist nur bedingt

beständig gegenüber Lochkorrosion,dieses gilt insbesondere für Bereicheneben Verbindungsschweißungen.

Für Entwurf und Bemessung nach DINEN 206-1 bzw. 1045-1 [2] ist für denkaltumgeformten ferritischen nichtros-tenden Betonstahl 1.4003 der E-Mo-dul bei 20 °C mit 190 kN/mm² anzu-nehmen. Der Werkstoff lässt sich oh-ne Schwierigkeiten durch das fürBetonstähle erforderliche Biegen ver-arbeiten.

2.2.2 Austenitische nichtrostendeBetonstähle

Durch Zugabe von ca. 10 bis 12 M.-%Nickel zu einem Edelstahl mit 17 bis18 M.-% Chrom verändert sich dasGefüge, es wird austenitisch. Dabeiverändern sich die mechanisch-tech-nologischen, physikalischen und Kor-rosionseigenschaften. AustenitischenichtrostendeStähle werden vor allemwegen ihren guten Korrosionseigen-schaften und ihrer, gegenüber an-deren nichtrostenden Stählen, ver-gleichsweise besseren Verarbeitbar-keit eingesetzt.

Mechanische EigenschaftenGegenüber den ferritischen nichtros-tenden Stählen weisen lösungsge-glühte Edelstähle mit austenitischemGefüge niedrigere Festigkeitswerte,dagegen hohe Zähigkeitswerte auf [9].Auch bei tiefen Temperaturen tretenbei den austenitischen nichtrostendenStählen nur unwesentliche EinbußenanVerformbarkeit ein. Für diemeistenEinsatzgebiete im konstruktiven Inge-nieurbau, so auch im Betonbau, wer-denStählemit höheren 0,2-Dehngren-zen gefordert. Austenitische nichtros-tende Stähle weisen gegenüber denferritischen ein deutlich höheres Ver-festigungsvermögen bei Kaltumfor-mung auf. Dadurch lassen sich dieDehngrenzen, aber auch die Zugfes-tigkeit, beachtlich steigern, ohne dassdabei die Verformbarkeit unakzepta-bel eingeschränkt wird. Deshalb kannman bei diesen Edelstählen vor allemüber Kaltumformung, jedoch auchüber die ZugabeMischkristallverfesti-gender Elemente wie Kohlenstoff undStickstoff, die Festigkeitseigenschaf-ten verbessern. Auf die Zugabe vonKohlenstoff wird jedoch aus korrosion-schemischen Gründen (erhöhte Nei-gung gegenüber interkristalliner Kor-

Tab. 2: Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Baumetalle

austenitischer,ferritisch-austenitischernichtrostender Stahl

ferritischernichtrostender

Stahl

unle-gierterStahl

Zink Aluminium Kupfer

1 : 2 : 4 : 8 : 15 : 25

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rosion) verzichtet. Im Vergleich zuKohlenstoff hat das Zulegieren vonStickstoff denVorteil, dass sowohl dieStreckgrenze angehoben als auch dieKorrosionsbeständigkeit verbessertwird.

Bei Betonstählen aus austeniti-schem nichtrostenden Stahl werdenbei dünneren Abmessungen von zu-meist 4 bis 20 mm Durchmesser dieerforderlichen Festigkeitswerte übereine Kaltumformung erzielt. Die fürglatte Rundstäbe und Rippenstahlgrößerer Abmessung (Durchmesser10 bis 40 mm) in Deutschland ver-wendeten Edelstähle 1.4429 und1.4529 (Tab. 1) sind stickstofflegiert.DurchWarmwalzen und anschließen-des sog. „warmworking“ (Walzen un-terhalb der Rekristallisationstempe-ratur bei nur wenigen 100 °C) werdenüber spezielle Ausscheidungszu-stände hohe Festigkeitswerte erzielt.Diese dickeren Stabstähle werdennicht als Bewehrung im herkömmli-chen Sinn verwendet und haben kei-ne bauaufsichtliche Zulassung alsBetonstahl.

Physikalische EigenschaftenAustenitische Chrom-Nickel-Stähle oh-ne Molybdänzusatz haben eine Dich-te von 7,9 kg/dm3, jenemitMolybdäneine solche von 8,0 kg/dm3. Sie sindim lösungsgeglühten Zustand nichtferromagnetisch, also nicht magneti-sierbar und habenmit 18 x 10-6 K-1 ei-ne deutlich größere Wärmedehnungals Beton (etwa 10 x 10-6 K-1). Bei ei-ner Verwendung als Betonstahl könn-ten bei Erwärmung theoretisch in derGrenzflächeStahl/BetonSpannungenmit Verbundstörungen als Folge auf-treten. Jedoch wurde diese Erschei-nung bisher nicht festgestellt. Die aus-tenitischen nichtrostenden Stähleweisen eine deutlich niedrigere Wär-meleitfähigkeit als andereMetalle auf.Dieser geringere Wärmefluss wird imBetonbau beispielsweise bei wärme-dämmenden Kragplattenanschlüssenzur thermischen Trennung außen lie-gender Bauteile vom warmen Innen-bereich genutzt. Aufgrund des hohenWärmeausdehnungskoeffizientenund der geringen Wärmeleitfähigkeitaustenitischer Edelstähle ist beimSchweißen zur Vermeidung von Ver-zug und Verzunderung und zur Erzie-lungmöglichst schmaler Schweißnäh-te mit engen Anlauffarbenbereichen

auf eine geringe Wärmeeinbringungzu achten.

KorrosionsverhaltenAustenitische nichtrostende Stählehaben imVergleich zu den ferritischennichtrostendenStählen bei vergleich-barem Chromgehalt eine höhere Be-ständigkeit gegenüber Flächen-, Loch-und vor allemSpaltkorrosion. Sie sindin der typischen Zusammensetzungmit etwa 10M.-%Nickel grundsätzlichempfindlich gegenSpannungsrisskor-rosion. Im Betonbau liegen die me-dienseitigenVoraussetzungen für die-se Korrosionsart allerdings nicht vor.Eine Zugabe vonMolybdän verbessertdasVerhalten gegenüber Loch-, Spalt-und Spannungsrisskorrosion.

AnwendungWährend die dünneren Abmessungenbis 14 mm vom Ring neben Beton-rippenstahl vor allem für Betonstahl-matten und Gitterträger eingesetztwerden, werden die dickeren warm-gewalzten glatten Rundstäbe und ge-ripptenStäbe (Betonrippenstähle) alsBewehrungen, Verankerungen undAnschlussbewehrungen verwendet.Insbesondere die dünneren Abmes-sungen werden geschweißt. Sie sindmit den für herkömmliche Betonstäh-le üblichenVerfahren schweißbar undweisen eine bessere Schweißeignungauf als die ferritischen Edelstähle.

Die in Deutschland im Betonbauverwendeten austenitischen nichtros-tenden Stähle 1.4571, 1.4429 und1.4529 (Tab. 1) sind in chloridhalti-gem alkalischen und carbonatisiertenBeton gegenüber allen Korrosionsar-ten ausreichend beständig. Zulassun-gen (Beispiele siehe [10]) empfehlenden Edelstahl 1.4571 für einemäßigeKorrosionsbelastung durch Chloride.Die molybdänfreie Edelstahlsorte1.4301 ist, insbesondere imSchweiß-nahtbereich, in chloridangereichertemBeton nicht ausreichend beständig ge-genüber Lochkorrosion.

Für Entwurf und Bemessung nach DINEN 206-1 bzw. 1045-1 [2] ist der E-Mo-dul bei 20 °C beim kaltumgeformtenaustenitischen nichtrostenden Beton-stahl mit 160 kN/mm2 anzunehmen.Er lässt sich ohne Schwierigkeitendurch das für Betonstähle erforderli-che Biegen verarbeiten.

2.2.3 Ferritisch-austenitische nicht-rostende Betonstähle

Ferritisch-austenitische nichtrostendeStähle besitzen ein Zweiphasengefü-ge aus Ferrit und Austenit. Gegenüberden Austeniten wird dieses Mischge-füge durch Anheben der Gehalte anferritstabilisierenden Elementen wieChrom und durch Absenken des aus-tenitstabilisierenden Nickels erreicht.Die typische Zusammensetzung derfür Betonstähle verwendeten Gütenliegt bei 21 bis 24 M.-% Chrom und3,5 bis 6,5 M.-% Nickel. Molybdänkann zur Verbesserung der Korrosions-beständigkeit zugegebenwerden. DerKohlenstoffgehalt wird auf Werte≤ 0,03 M.-% eingestellt, um eine An-fälligkeit gegenüber interkristallinerKorrosion nach dem Schweißen aus-zuschließen. Zur Austenitstabilisie-rung sowie zur Verzögerung der Bil-dung intermetallischer Phasen enthal-ten sie gezielt Stickstoffzusätze. Diemit AbstandwichtigstenVertreter sinddie Edelstähle 1.4462 und 1.4362(Tab. 1). Der relativ niedrige Nickelge-halt imVergleich zum konventionellennichtrostenden Austenit macht dieWerkstoffe auch vom ökonomischenStandpunkt interessant.

Mechanische EigenschaftenBei den ferritisch-austenitischennichtrostendenStählen sichert die Fer-ritphase die Festigkeit, die Austenit-phase die Zähigkeit. Diese Edelstählevereinigen dadurch günstige Eigen-schaften der Ferrite (hoheStreckgren-ze) und Austenite (gute Zähigkeit, ver-besserte Korrosionseigenschaften).Auch bei den ferritisch-austenitischennichtrostenden Stählen können dieFestigkeitseigenschaften neben Kalt-umformung noch durch Mischkristall-verfestigung des Austenits verbessertwerden. Stickstoff hat eine positiveWirkung auf die Festigkeit und steigertdie Korrosionsbeständigkeit.

Die Verwendbarkeit der ferritisch-austenitischen nichtrostenden Beton-stähle bei tiefen Temperaturen ist be-schränkt. Die Edelstähle 1.4462 und1.4362 sind nur für den Einsatz beiTieftemperaturen bis -100 °C bzw.-50 °C geeignet. In der Wärme ist dietechnische Einsetzbarkeit der ferri-tisch-austenitischen Edelstähle durchdie sog. „475°C-Versprödung“ des Fer-rits begrenzt, die bei längerer Verweil-

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zeit auch schon bei Temperaturen ab280 °C beobachtet werden kann. Beibrandgefährdeten Bauteilen mit derMöglichkeit einer länger andauerndenTemperatur > etwa 300 °C sollten fer-ritisch-austenitische nichtrostende Be-tonstähle nicht eingesetzt werden.

Physikalische EigenschaftenFerritisch-austenitische nichtrostendeStähle haben eine Dichte von 7,8kg/dm3. Sie sind ferromagnetisch, al-so magnetisierbar. Bei diesen Edel-stählen beträgt der lineareWärmeaus-dehnungskoeffizient zwischen 20 und100 °C 13 x 10-6 K-1.

KorrosionsverhaltenDie ferritisch-austenitischen nicht-rostenden Stähle weisen eine hoheBeständigkeit gegenüber Loch- undSpaltkorrosion und eine sehr geringeGefährdung gegenüber chloridindu-zierter Spannungsrisskorrosion auf.Den verbesserten Festigkeitseigen-schaften in Verbindung mit der sehrguten Korrosionsbeständigkeit ent-spricht ein verbessertes Verhalten ge-genüber Schwingungsrisskorrosion.

AnwendungDie ferritisch-austenitischen Edelstäh-le 1.4462 und neuerlich auch 1.4362(Tab. 1) werden zur Herstellung vonkaltumgeformten undwarmgewalztennichtrostenden Betonstählen verwen-det. Sie dürfen in allenStahlbetonkon-struktionen ausNormal- und Leichtbe-ton eingesetzt werden, wenn mit Car-bonatisierung und Chloridbelastungzu rechnen ist. Die Zulassung emp-fiehlt den Edelstahl 1.4362 für einemäßige Korrosionsbelastung und denEdelstahl 1.4462 für eine hohe Korro-sionsbelastung durch Chloride (z.B.bei Bauteilen mit Tausalzbelastungund imMeerwasser).

Für Entwurf und Bemessung nach DINEN 206-1 bzw. 1045-1 [2] ist der E-Mo-dul bei 20 °C für den kaltumgeformtenferritisch-austenitischen nichtrosten-den Betonstahl mit 160 kN/mm2

(Edelstahl 1.4462) bzw. 150 kN/mm2

(Edelstahl 1.4362) anzunehmen. Beider Verarbeitung durch z.B. Biegensind höhere Umformkräfte erforderlichals bei den anderen nichtrostendenStählen.

Die ferritisch-austenitischen Edelstäh-le weisen nur bei Beachtung geeigne-

ter Schweißvorgaben für die üblichenSchweißverfahrenmit Zusatzwerkstoffeine gute Schweißeignung auf. BeimSchweißen ist darauf zu achten, dasshohe Temperaturen zu einer fast voll-ständigen Ferritisierung des Gefügeseinhergehendmit einer Kornvergröbe-rung führen können. Durch ein zuschnelles Abkühlen aus der Schweiß-hitze kann sich der Austenit nicht imerforderlichenMaß ausscheiden, wasin derWärmeeinflusszone eine drasti-sche Herabsetzung der Zähigkeit undeine stark abgeminderte Korrosions-beständigkeit bewirkt.

2.3 Produkte

In Deutschland kommt ausschließlichBetonstahl mit einer Streck- bzw. 0,2-Dehngrenze vonmind. 500N/mm2 zurAnwendung. Die erforderlichen Eigen-schaften der bauaufsichtlich zuge-lassenen Produkte sind in der DIN EN206-1 bzw. DIN 1045-1 [2] bzw. inDIN 488 [11] geregelt. Wichtige Ge-brauchseigenschaften von nichtros-

tenden Betonstählen in Ringen sind inTab. 3 aufgeführt. Insbesondere beiden kaltumgeformten ferritisch-auste-nitischen Edelstählen lassen sichdeutlich höhere Festigkeitswerte alsbisher von den Regelwerken für Be-tonstähle gefordert erzielen. Hierdurchsind im Vergleich zu den austeniti-schen Güten Querschnittsreduzierun-gen und damit Materialeinsparungenmöglich.

Nichtrostender kaltumgeformter Be-tonstahl BSt 500 NR (gerippt) und BSt

500 NG (glatt) in Ringen wird aus denEdelstählen 1.4003, 1.4571, 1.4362und 1.4462, Nenndurchmesser von4 bis 14 mm, angeboten. Des Weite-ren ist kaltumgeformter gerippter Be-tonstahl, Nenndurchmesser 6-14mm, aus dem Edelstahl 1.4301 (ak-tuell nicht bauaufsichtlich zugelas-sen) lieferbar. Nichtrostender Beton-stahl in Ringen wird durch Kaltverfor-mung, d.h. durch Ziehen und/oderKaltwalzen des warmgewalzten glat-ten Ausgangserzeugnisses herge-stellt. Auf die Oberfläche werden 3Reihen schräg zur Stabachse verlau-fende Rippen kalt aufgewalzt. Profi-lierter Betonstahl BSt 500 NR undglatter Betonstahl BSt 500 NG wirdauf Spulen in Ringform geliefert.Zwecks Weiterverarbeitung zu Be-wehrungen wird das Ringmaterialwerksmäßig gerichtet und geschnit-ten. Insbesondere aus dem profilier-ten Betonstahl werden Stabstahl, Be-tonstahlmatten oder Gitterträger oderanderweitige Bewehrungen herge-stellt.

Nichtrostende warmgewalzte glatteRundstäbe und gerippteStäbe (Beton-rippenstähle) werden aus den stick-stofflegierten Edelstählen 1.4429,1.4529, 1.4362 und 1.4462, Nenn-durchmesser von 6 bis 52 mm (nichtbauaufsichtlich zugelassen), gefertigt.Die schräg angeordneten Rippen zurVerbesserung des Verbundes werdenbei den gerippten Stabstählen warmaufgewalzt. Die dickerenwarmgewalz-ten glatten Rundstäbe und geripptenStäbe (Betonrippenstähle) werden alsBewehrungen und für Verankerungen

Tab. 3: Gebrauchseigenschaften von nichtrostenden Betonstählen in RingenBSt 500 NR und BSt 500 NG nach bauaufsichtlicher Zulassung

Werkstoff-Nr. 1.4003, 1.4571 1.4362, 1.4462

Durchmesser (mm) 4 bzw. 6-14

0,2-Dehngrenze (N/mm²) ≥ 500 ≥ 700

Zugfestigkeit (N/mm²) ≥ 550 ≥ 800

Bruchdehnung A10 (%) 15 10

Gleichmaßdehnung Ag (%) 5 5

Dauerschwingfestigkeit1) (N/mm²)165 (1.4003)175 (1.4571)

165 (1.4362)175 (1.4462)

1) Prüfung an freien geraden Stäben, Schwingbreite 2σA bei 2 x 106 Schwingspiel-zahlen

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und Anschlussbewehrungen ange-wendet. Die mechanischen Kennwer-te der warmgewalzten Stäbe sinddurchmesserabhängig, wobei die 0,2-Dehngrenze und Zugfestigkeit mit zu-nehmendem Durchmesser abneh-men, während sich die Bruchdehnungumgekehrt verhält. In Tab. 4 sind bei-spielhaft diemechanischen Kennwer-te für gerippte Stäbe eines Herstellersangegeben.

NichtrostendeBetonstähle können aufder Baustelle und in Betrieben ge-schweißt werden. Für das Schweißengelten die Bestimmungen der „Allge-meinen bauaufsichtlichen Zulassung“[12] in Verbindung mit EN ISO 17660[13]. Von den derzeit bauaufsichtlichzugelassenen nichtrostenden Beton-stählen in Ringen BSt 500 NR und BSt500 NG aus den Edelstählen 1.4003,1.4571, 1.4362 und 1.4462 darf dergeschweißte Edelstahl 1.4362 laut Zu-lassung nur bei vorwiegend ruhenderBelastung eingesetzt werden.

3 Korrosionsverhal-ten nichtrosten-der Betonstähle

3.1 Mögliche Korrosionsarten[1,14]

FlächenkorrosionNichtrostendeStähle können lediglichin sauren wässrigen Medien durchmehr oder weniger gleichmäßige Flä-chenkorrosion angegriffenwerden. Fürdie atmosphärische Korrosion ist vonBedeutung, dass bei ansteigendempH-Wert die Korrosionsgeschwindig-keit im aktiven Zustand stark ab-nimmt. Oberhalb pH 4 besteht i.a. Kor-rosionsbeständigkeit. In schwach sau-ren Medien, also auch in üblicherAtmosphäre und erst recht im Beton,sind daher Chromstähle mit > 12M.-% Chrom und alle höher legiertenStähle passiv.

LochkorrosionLochkorrosion wird eingeleitet durcheine Wechselwirkung zwischen denHalogenidionen und der Passiv-schicht, wobei die Passivschicht lokaldurchbrochen wird. Es bilden sich na-delstichartige Vertiefungen und durchderen Wachstum Lochkorrosionsstel-len. Im Bauwesen sind es meist dieChloridionen aus Meerwasser, Aero-

solen oder Tausalznebeln, die Loch-korrosion bewirken. Die Korrosionsge-fährdung der nichtrostenden Stählenimmt bei fallendem Chloridgehalt,fallender Temperatur und steigendempH-Wert ab. Besonders kritisch sinddaher chloridangereicherte saureMe-dien, die im Betonbau nicht vorkom-men.

Werkstoffseitig wird die Lochkorro-sion insbesondere durch die Legie-rungselemente Chrom, Nickel undMo-lybdän, des Weiteren auch durchStickstoff beeinflusst. Die Beständig-keit lässt sich annähernd durch dieWirksumme W = % Cr + 3,3 x % Mo +(16-30) x%Nabschätzen (der EinflussvonStickstoff ist gefügeabhängig). MitsteigenderWirksumme nimmt die Be-ständigkeit gegenüber chloridindu-zierter örtlicher Korrosion zu. DieWirk-summe der gebräuchlichen Betons-tähle beträgt:

Die Korrosionsbeständigkeit in loch-korrosionserzeugendenMedien hängtweiterhin von der Oberflächengüte dernichtrostenden Stähle ab und kannsomit auch durch den Herstellungs-prozess der Stähle beeinträchtigt wer-den. Auf Betonstähle bezogen bedeu-tet das, dasswarmgewalzte Edelstäh-le mit Zunderbelegung in der Regelanfälliger sind als kaltumgeformteEdelstähle.

Schweißverbindungen weisen einehöhere Anfälligkeit gegenüber Loch-korrosion auf als ungeschweißte Edel-stahlabschnitte. Schweißverbindun-gen sind vor allem dann hinsichtlichLochkorrosion stärker gefährdet alsungeschweißte gleichartige Edelstäh-le, wenn bei Verbindungsschweißun-gen infolge fehlender Schutzgasfüh-rung Oxidfilme (Anlauffarben) oder

Werkstoff-Nr. 1.4429

0,2%-Dehngrenze 880 N/mm² (10 mmØ) bis 600 N/mm² (40 mmØ)

Zugfestigkeit 990 N/mm² (10 mmØ) bis 790 N/mm² (40 mmØ)

Bruchdehnung (A10) 15 % (10 mmØ) bis 30 % (40 mmØ)

Werkstoff-Nr. 1.4529

0,2%-Dehngrenze 700 N/mm² (12 mmØ) bis 600 N/mm² (40 mmØ)

Zugfestigkeit 900 N/mm² (12 mmØ) bis 800 N/mm² (40 mmØ)

Bruchdehnung (A10) 15 % (12 mmØ) bis 30 % (40 mmØ)

Werkstoff-Nr. 1.4362

0,2%-Dehngrenze 650 N/mm² (6 mmØ) bis 500 N/mm² (25 mmØ)

Zugfestigkeit 800 N/mm² (6 mmØ) bis 700 N/mm² (25 mmØ)

Bruchdehnung (A10) 15 % (6 mmØ) bis 30 % (25 mmØ)

Werkstoff-Nr. 1.4462

0,2%-Dehngrenze 700 N/mm² (6 mmØ) bis 550 N/mm² (40 mmØ)

Zugfestigkeit 850 N/mm² (6 mmØ) bis 680 N/mm² (40 mmØ)

Bruchdehnung (A10) 15 % (6 mmØ) bis 30 % (40 mmØ)

Werk-stoff-Nr.

KurznameWirk-summe

1.4003 X2CrNi12 12

1.4301 X5CrNi18-10 18

1.4571 X6CrNiMoTi17-12-2 24

1.4429 X2CrNiMoN17-13-3 33

1.4529 X1NiCrMoCuN25-20-7 49

1.4362 X2CrNiN23-4 27

1.4462 X2CrNiMoN 22-5-3 37

Tab. 4: Mechanische Kennwerte für warmgewalzte gerippte Stäbe eines Herstellers

9

Zunderschichten im Schweißnahtbe-reich entstanden sind (Bild 2). Beton-stähle werden auf der Baustelle über-wiegend nicht unter Schutzgas ge-schweißt und es erfolgt auch keinebesondere Behandlung zur Entfernungvon schweißbedingten Belägen.

SpannungsrisskorrosionBei dieser Korrosionsart entstehenRisse, die bei nichtrostenden Stählenim Allgemeinen transkristallin verlau-fen. Nur wenn die folgenden drei Be-dingungen gleichzeitig vorliegen, istSpannungsrisskorrosion möglich:

• die Oberfläche des Bauteils stehtunter Zugspannungen;

• Einwirkungen eines spezifisch wir-kenden Mediums (meist Chloridio-nen);

• Neigung des Werkstoffs zur Span-nungsrisskorrosion.

Mit Spannungsrisskorrosion ist in ers-ter Linie in chloridhaltigen Medien zurechnen, wobei die Gefährdung gene-rell mit steigendemChloridgehalt, fal-lendem pH-Wert und steigender Tem-peratur zunimmt.

Die Beständigkeit der nichtrostendemStähle gegenüber chloridinduzierterSpannungsrisskorrosion nimmt in derReihenfolge ferritische Chromstähle,ferritisch-austenitische Stähle, auste-nitische Chrom-Nickel-(Molybdän)-Stähle ab. Dieses ist vor allemmit demEinfluss desNickelgehaltes auf die An-fälligkeit hochchromhaltiger Edelstäh-le gegenüber Spannungsrisskorrosionzu erklären. Eine gewisse Anfälligkeitliegt bei Nickelgehalten zwischen et-

wa 5 und 20 M.-% vor und ein Mini-mumder Beständigkeit existiert bei et-wa 10 M.-% Nickel. Die im Betonbauverwendeten austenitischen nichtros-tendenStähle weisen häufig Nickelge-halte um10M.-% auf. Selbst bei emp-findlichen nichtrostenden Stählenkann Spannungsrisskorrosion beiRaumtemperatur jedoch nur dann auf-treten, wenn das Angriffsmittel hoch-chloridhaltig und zudem noch sauerist. Da die wässrige Phase des Betonsstets pH-Werte ≥ 8,3 (carbonatisierterBeton) aufweist, sind in Beton einge-bettete nichtrostende Betonstählestets ausreichend sicher gegenüberSpannungsrisskorrosion.

Interkristalline KorrosionUnter interkristalliner Korrosion wirdein Angriff entlang der Korngrenzendes Gefüges verstanden. Dabei kön-nen einzelne Körner aus demKornver-band herausgelöst werden. Ursacheder interkristallinen Korrosion beinichtrostendenStählen sind Ausschei-dungen von chromreichen Karbiden anden Korngrenzen, die eine Chromver-armung in den korngrenzennahen Be-reichen zur Folge haben. Die so gebil-deten chromarmen Zonen an denKorngrenzen sind gegen insbesonde-re saure angreifendeMedien nicht kor-rosionsbeständig genug und gehendaher bevorzugt in Lösung.

Die Chromkarbidausscheidungen set-zen einen bestimmten Kohlenstoffge-halt voraus und finden in einem Tem-peraturbereich statt, der z.B. in derWärmeeinflusszone von Schweißver-bindungen durchlaufen wird. Zur Ver-meidung der Chromkarbidausschei-

dung kann man in nichtrostendenStählen den Kohlenstoffgehalt auf un-ter 0,03 % absenken oder aber denvorhandenen Kohlenstoff durch so ge-nannte Stabilisierungselemente wieTitan (Ti) oder Niob (Nb), die eine grö-ßere Kohlenstoffaffinität als Chromhaben, abbinden. Interkristalline Kor-rosion spielt bei den für das Schwei-ßen zugelassenen Betonstählen kei-ne Rolle.

3.2 LochkorrosionsverhaltennichtrostenderBetonstähle

Bei in Beton eingebetteten nichtros-tenden Betonstählen ist dasVerhaltengegenüber Lochkorrosion zu beach-ten. Es galt, zunächst unter den zurVerfügung stehenden Werkstoffen ei-ne optimale und wirtschaftlich sinn-volle Auswahl hinsichtlich folgenderEigenschaften zu treffen:

• Verhalten in alkalischem plus chlo-ridhaltigem, carbonatisiertem sowiecarbonatisiert plus chloridhaltigemBeton;

• Verhalten der Betonstähle in den ty-pischen Ausführungen (glatte undgerippteOberfläche, auch zusätzlichgeschweißt).

Unter Beachtung dieser Gesichtspunk-te wurden in der Vergangenheit zahl-reiche Ergebnisse von Labor- und Aus-lagerungsversuchen veröffentlicht. Diein Deutschland an nichtrostenden Be-tonstählen durchgeführten Versuchesind vor allem in [3, 5, 15-17] wieder-gegeben. Eine zusammenfassendeDarstellung der weltweit durchgeführ-ten Versuche, die sich im Hinblick aufdieWirkung der wesentlichen Einfluss-parameter nicht widersprechen, er-folgte in [4, 6].

Nichtrostende Betonstähle sind so-wohl in alkalischem als auch carbona-tisiertem Beton passiv. Sind im Betonzusätzlich Chloride vorhanden, dannist je nach Stahlzusammensetzung,Chloridgehalt und pH-Wert des BetonsKorrosion in Form lokaler Angriffemög-lich. Diesbezüglich am ehesten ge-fährdet sind Bereiche von Schweiß-nähten (Bild 2).

In den elektrochemischen Untersu-chungen in alkalischen Lösungen undan Mörtelelektroden dient das in po-

Bild 2: Korrosion im Schweißnahtbereich eines nichtrostenden Stahls 1.4003 inchloridhaltigem Beton

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tentiostatischen Halteversuchen er-mittelte sog. Lochkorrosionspotentialzur Beschreibung des Lochkorrosions-verhaltens: Mit fallendem (negativerwerdendem) Lochkorrosionspotentialnimmt die Gefährdung hinsichtlichLochkorrosion im betreffenden Korro-sionssystem Stahl/Medium zu. Die inder Folge dargestellten Ergebnissezum Einfluss wichtiger Parameter aufdas Lochkorrosionspotential sind [15,18] entnommen.

Da Betonstähle bei der Verarbeitunghäufig geschweißt werden, interes-siert, umbei der Beurteilung auf der si-cheren Seite zu liegen, vor allem daseher ungünstigere KorrosionsverhaltenimBereich derSchweißnaht, wenn derBeton erhöhte Chloridgehalte auf-weist. In Bild 3 wird das Verhalten un-terschiedlich legierterStähle und einesunlegiertenStahls in Abhängigkeit vomChloridgehalt des Betons aufgezeigt.Die kaltgezogenen Rundstäbe erhiel-ten eine mittels Lichtbogenhand-schweißens aufgetragene Längs-schweißnaht. Zum Aufbringen einerSchweißraupe wurden die zum Licht-bogenschweißen dieser Stähle ge-bräuchlichen umhülltenSchweißelek-troden verwendet. Die Schweißnähtewurden, wie imBetonbau üblich, nichtbehandelt, die Prüfung erfolgtemit vor-handenen Resten von festhaftendemSchweißzunder und dünnen Oxid-schichten (Anlauffarben) auf demDrahtumfang im Bereich der Schwei-ßung. Dargestellt ist das in sog. poten-tiostatischenHalteversuchen ermittel-te Lochkorrosionspotential; beisteigendem Lochkorrosionspotentialnimmtdie Korrosionsbeständigkeit zu.Aus ingenieurmäßigerSicht lassen sichbezüglich der Einordnung des Korrosi-onswiderstandes drei Gruppen vonnichtrostendenStählenunterscheiden:

• die austenitischen nichtrostendenStähle 1.4439 und 1.4571 sowieder ferritisch-austenitische nichtros-tendeStahl 1.4462mit einer hohenKorrosionsbeständigkeit;

• die ferritischen nichtrostendenStäh-le 1.4016, 1.4021 und 1.4003 mit> 10,5 M.-% Chrom und einer ge-genüber unlegiertenStählen verbes-serten Korrosionsbeständigkeit;

• der ferritische Stahl 1.4713 mitChromgehalten ≤ 7 M.-% und derunlegierte Stahl mit Korrosionsan-fälligkeit.

Mit steigendemChloridgehalt des Be-tons fällt das Lochkorrosionspotentialerwartungsgemäß. Im Bereich zwi-schen 0 und 1 M.-% Chlorid ist dieseAbminderung bei den geringer legier-ten Stahlsorten deutlich ausgeprägterals zwischen 1 und 5 M.-% Chlorid.

Der Einfluss der Stahlsorte und despH-Wertes auf den sog. kritischen

Chloridgehalt, bei dessen Überschrei-tung bei der jeweiligen Stahlsorte mitKorrosion zu rechnen ist, ist in Bild 4wiedergegeben. Der pH-Wert 9 stehtfür den carbonatisierten Beton, diepH-Werte 12,6 und 13,9 geben diemögliche Spannweite der Alkalität ei-nes Betons wieder.

Bild 4 verdeutlicht, dass der kritische

Chloridgehalt bezogen auf Zement in M.-%

Bild 3: Lochkorrosionspotentiale geschweißter kaltumgeformter glatter legierter Rund-stäbe und eines unlegierten Stahls in chloridhaltigemBeton (1 bis 5M.-% Chlo-rid als NaCl); die durch Lichtbogenhandschweißen hergestellten Schweißnähtewurden nicht behandelt [15]

1.4006 1.4301 1.4306 1.4401 1.4404 1.4362unleg. Cr CrNi CrNi CrNiMo CrNiMo CrNiN CrNiMoNStahl 13 18-10 18-10 17-12-2 17-13-2 23-4 20-18-6

Bild 4: Kritischer Chloridgehalt von legierten Stählen und eines unlegierten Stahls inLösungen von pH 7,5 bis 13,9 (potentiostatischer Versuche bei +0,2 V (GKE) [18]

0.8

0.6

0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

-0.6

0 1 2 3 4 5

1.4439

1.4462

1.4571

1.40161.40211.40031.4713

unlegiertLochkorrosionspotentialE

PinV(SCE)

pH 13,9

pH 12,6

pH 9

pH 7,5

ChloridgehaltinM.-%

10

8

6

4

2

0

11

Chloridgehalt in erster Linie von derStahlzusammensetzung und vom pH-Wert des wässrigen Angriffsmediums(der Zementsteinporenlösung) ab-hängt. In chloridhaltigem carbonati-siertemBeton ist demnach die Bestän-digkeit deutlich geringer als in chlorid-haltigem alkalischen Beton. ImHinblick auf Grenzbetrachtungen soll-te das Verhalten in chloridhaltigemcarbonatisiertemBeton herangezogenwerden, da in bestimmten Anwen-dungsfällen (Parkdecks, Stützmauernneben verkehrsreichen Straßen) häu-fig Trennrisse entstehen, die verhält-nismäßig rasch carbonatisieren. ImBetonriss wäre der Stahl dann u.U. ei-nem chloridhaltigen carbonatisiertenBeton ausgesetzt.

Bild 5 zeigt die Ergebnisse von elektro-chemischenUntersuchungen an nicht-rostendenBetonrippenstählen der Gü-ten 1.4003, 1.4571 und 1.4462 sowieeines herkömmlichen (unlegierten)Stahls, die in Deutschland als kalt-umgeformte Betonrippenstähle zuge-lassen sind. Aufgetragen sind dieLochkorrosionspotentiale an unge-schweißten und geschweißten Probenin alkalischem und carbonatisiertemBeton C25/20mit 5M.-% Chlorid (be-zogen auf den Zementgehalt). Aus derDarstellung lässt sich folgendes ablei-ten:

• Es besteht eine deutliche, durch denLegierungsgehalt der Stähle beding-te Abstufung im Korrosionsverhal-

ten: In der Reihenfolge unlegiert -1.4003 - 1.4571 - 1.4462 nimmt dieBeständigkeit deutlich zu, wobei derUnterschied zwischen den beidenletztgenannten Stählen eher geringist.

• In carbonatisiertem chloridhaltigenBeton ist das Lochkorrosionspoten-tial gegenüber dem alkalischenchloridhaltigen Beton stets zu nega-tiveren Werten verschoben.

• Geschweißte Betonrippenstähle ausnichtrostendem Stahl sind in chlo-ridhaltigem Beton deutlich korrosi-onsanfälliger als ungeschweißte.Dennoch sind diese erheblich be-ständiger als geschweißte unlegier-te Betonstähle.

Der Edelstahl 1.4362 wurde bishernicht in gleicher Weise wie die inBild 5 dargestelltenStähle imHinblickauf eine Anwendung im Betonbau un-tersucht. Aufgrund von Untersuchun-gen zum Korrosionsverhalten in derAtmosphärewird jedoch davon ausge-gangen, dass sein Korrosionsverhal-ten in etwa jenem des Edelstahls derGüte 1.4571 gleichkommt.

Zur ingenieurmäßigen Beurteilung derin den Bildern 3 und 5 dargestelltenErgebnisse können folgende Überle-gungen dienen: Aufgrund von Potenti-almessungen an im Freien ausgelager-ten chloridhaltigen, mit nichtrosten-den Betonrippenstählen bewehrtenBauteilen [16] wurde erkannt, dassdas Korrosionspotential von Stählen,

die nach Chloridbeaufschlagung Loch-korrosion erleiden, in frei bewittertemBeton stets negativer als etwa -100mV (GKE) ist. D.h., dass Korrosion beiStahlbeton im Freien nur dann zu er-warten ist, wenn das Lochkorrosions-potential negativer als -100mV (GKE)ist. Dann ist die notwendige Forderungfür Korrosion erfüllt (Lochkorrosions-potential < Korrosionspotential). Auf-grund dieser Definition und der inBild 5 dargestellten Ergebnisse kön-nen diese kaltgerippten nichtrosten-den Betonrippenstähle unter folgen-den korrosiven Bedingungen als kor-rosionssicher eingestuft werden:

• der austenitische nichtrostendeStahl 1.4571 (ungeschweißt und ge-schweißt) und der ferritisch-auste-nitische nichtrostendeStahl 1.4462(ungeschweißt und geschweißt) un-ter allen denkbaren Korrosionsver-hältnissen (carbonatisiert, chlorid-haltig alkalisch, chloridhaltig carbo-natisiert);

• der ferritische nichtrostende Stahl1.4003 (ungeschweißt und ge-schweißt) in chloridfreiem carbona-tisiertem Beton;

• der ferritische ungeschweißte nicht-rostendeStahl 1.4003 in chloridhal-tigem alkalischem Beton.

Die Ergebnisse der in mehreren Län-dern durchgeführten Langzeitauslage-rungen [6] mit Schwerpunkt der inDeutschland von der MPA UniversitätStuttgart in bewehrten Bauteilen ausNormalbeton [15, 16] und Leichtbeton[17] durchgeführten Auslagerungen imFreien bestätigen jene der vorgenann-ten Laboruntersuchungen. Eine zu-sammenfassende Darstellung der inStuttgart über 2,5 Jahre durchgeführ-ten Auslagerungsversuche zumKorro-sionsverhalten von unlegiertem undnichtrostendem Stahl ohne und mitVerbindungsschweißung in Beton istin Bild 6 dargestellt:

• Erwartungsgemäß korrodiert unle-gierter Stahl in carbonatisiertemund/oder chloridhaltigemBeton. Incarbonatisiertem Beton überwiegtFlächenkorrosion; bei steigendemChloridgehalt tritt in zunehmendemMaße Loch- und Muldenkorrosionauf. Die stärksten Angriffe sind incarbonatisiertem plus chloridhalti-gen Beton möglich.

• Der ferritische nichtrostende Stahl

ferr.-aust. austenit. ferritisch unleg. ferr.-aust.austenit. ferritisch unleg.1.4462 1.4571 1.4003 1.4462 1.4571 1.4003

Bild 5: Lochkorrosionspotentiale ungeschweißter und geschweißter kaltumgeformtergerippter nichtrostender Betonstähle und eines unlegierten Stahls in chlorid-haltigemBeton (5M.-% Chlorid als NaCl); die durch Lichtbogenhandschweißenhergestellten Schweißnähte wurden nicht behandelt [15]

+600

+400

+200

0

-200

-400

-600

LochkorrosionspotentialinmV(GKE)

ungeschweißt geschweißt

alkalisch

carbo-natisiert Korrosionspotential

12

1.4003 verhält sich deutlich günsti-ger als ein unlegierter Stahl. In chlo-ridfreiem carbonatisiertem Betontritt im ungeschweißten und ge-schweißten Zustand keine Korrosionauf. Dieses Korrosionsverhaltendeckt sichmit neuerenUntersuchun-gen in [19]. Beim ungeschweißten1.4003 tritt nur geringe Korrosionauf, solange der Chloridgehalt im al-kalischen Beton etwa 2M.-% (bezo-gen auf Zement) nicht übersteigt.Bei deutlich höheren Chloridgehal-ten wird jedoch Lochkorrosion auf-treten. Vor allem bei gleichzeitigerAnwesenheit von Chloriden und Car-bonatisierung besteht die Gefahr ei-ner Lochkorrosion. In Bereichen vonSchweißraupen ist schon bei Anwe-senheit von Chloriden um 1 M.-%mit einer ausgeprägten Lochkorrosi-on zu rechnen (Bild 2). Die Narben-tiefe nimmt bei steigendemChlorid-gehalt zu und ist in gleichzeitigcarbonatisiertem Beton am ausge-prägtesten. Geschweißte ferritischenichtrostende Stähle verhalten sichsomit deutlich ungünstiger als un-geschweißte.

• Bei demaustenitischen nichtrosten-den Stahl 1.4571 und dem ferri-tisch-austenitischen nichtrostendenStahl 1.4462 tritt sowohl im unge-schweißten als auch im geschweiß-ten Zustand für alle möglichen Zu-stände des Betons (carbonatisiert,alkalisch chloridhaltig, carbonati-

siert chloridhaltig) kein beachtens-werter Korrosionsangriff auf. Chlo-ridgehalte bis 5 M.-% können ohneAngriff ertragen werden.

Dasunterschiedliche Korrosionsverhal-ten von unlegiertem Stahl und nicht-rostendem Stahl 1.4571 ist beispiel-haft in Bild 7 dargestellt [16]. Bewehr-te gerisseneStahlbetonkörper wurden2,5 Jahre imAußenbereich regelmäßigmit chloridhaltigem Wasser bean-sprucht. Nach 2,5 Jahren lag der Chlo-ridgehalt des im Riss carbonatisierten

Betons im rissenahenBereich bei 5M.-% bezogen auf den Zementgehalt.

Aufgrund der bekannten ErgebnissezumKorrosionsverhalten bieten somitaustenitische (1.4571) und ferritisch-austenitische nichtrostende Stähle(1.4462), auch im geschweißtenZustand, eine hohe Sicherheit gegen-über Korrosion. Sie empfehlen sich vorallem dann, wenn ein erheblicherChlorideintrag in den Beton nicht ver-hindert werden kann. Ferritische nicht-rostende Stähle (1.4003) sind im car-

Bild 7: Korrosionszustand von kaltumgeformten Betonrippenstähle nach 2,5 jähriger Lagerung in gerissenem Beton (Betonriss von0,4 mm Breite kreuzte die Stähle etwa in Bildmitte); der Chloridgehalt betrug nach Abschluss der Versuche etwa 5 M.-%bezogen auf den Zementgehalt [16]

Bild 6: Korrosionsverhalten von unlegiertem und nichtrostendem Stahl in Beton(zusammenfassende Darstellung von Auslagerungsversuchen; Chloridgehalteauf den Zementanteil bezogen) [15]

unlegierter Stahl im Originalzustand unlegierter Stahl nach einem Ablösen der Korrosionspro-dukte

nichtrostender Stahl 1.4571 im Originalzustand nichtrostender Stahl 1.4571 nach einem Ablösen der Korro-sionsprodukte

Stahl-sorte

Beton alkalischcarbona-tisiert

Cl (M.-%) 0 0,5 1 2 >2-5 0 2

unlegiertungeschweißt

geschweißt

1.400312 Cr

ungeschweißt

geschweißt

1.457117Cr-12Ni-2Mo

ungeschweißt

geschweißt

1.446222Cr-5Ni-3Mo

ungeschweißt

geschweißt

nein gering mäßig stark sehrstark Korrosion

13

bonatisierten Beton korrosionssicher.Im ungeschweißten Zustand wider-steht der Edelstahl auchmäßig hohenChloridgehalten. Der ferritisch-auste-nitische Edelstahl 1.4362 wird bishervon Fachleuten wie der austenitischeStahl 1.4571 eingeordnet.

3.3 Korrosion unlegierterStähle im Kontakt mitnichtrostendem Stahl(Mischbewehrung)

Zwecks Kosteneinsparung kann zumvorbeugenden Schutz auch eineMischbewehrung eingesetzt werden.Hierbei werden nichtrostende Beton-stähle, z.B. als Hauptbewehrung, nuran solchen Stellen eingebaut, an de-nen Chloride eindringen können unddie Korrosionsgefahr am größten ist,während ansonsten unlegierte Beweh-rungsstähle eingesetzt werden. BeiKontakt von unlegiertemund nichtros-tendem Betonstahl und Vorhanden-sein eines Elektrolyten (feuchter Be-ton) bildet sich ein galvanisches Ele-ment, in dem das edlere Metall(nichtrostender Stahl) als Kathode unddas unedlereMetall (unlegierter Stahl)als Anode fungieren kann.Im passiven Zustand gibt es zunächstkaum einen Potentialunterschied zwi-schen nichtrostendem und unlegier-tem Stahl. Falls der unlegierte Stahlunter Chlorideinwirkung korrodiert und

nichtrostender Stahl sich noch impas-siven Zustand befindet, ist theoretischdieVoraussetzung für eine Kontaktkor-rosion gegeben. Tatsächlich wurde inVersuchen jedoch festgestellt, dassdieGefährdung beim Kontakt von korro-dierter Bewehrung aus unlegiertemStahl mit nichtrostendem Stahl ver-nachlässigbar ist [4, 7, 20, 21]. In [20]wurden Versuche zur Makroelement-bildung von korrodierendem einbeto-niertem unlegierten Stahl mit einer-seits passivemunlegierten, aber auchmit nichtrostendemStahlmittelsMes-sung der Elementstromdichte durch-geführt und bewertet. Bekanntlich istdie Elementstromdichte ein Maßstabfür die Korrosion des unedleren Part-ners im Korrosionselement. EswurdenfolgendeSituation eines in chloridhal-tigem Beton korrodierenden unlegier-ten Stahls untersucht (Bild 8):

• Kontakt mit einem passiven unle-gierten Stahl in Beton ohne Chlorid-belastung;

• Kontakt mit nichtrostendem Stahl1.4571 imBeton ohne Chloridbelas-tung;

• Kontakt mit nichtrostendem Stahl1.4571 im Beton mit einer Belas-tung von 3 M.-% Chlorid.

Beim Kontakt mit passivem unlegier-tem Stahl ist die Stromdichte fast10fach größer als jene beim Kontaktmit nichtrostendemStahl. Das bedeu-

tet, dass die Korrosion des korrodie-renden unlegierten Stahls durch denKontakt mit nichtrostendemStahl (imchloridfreien und chloridhaltigen Be-ton) nicht nachteilig beeinflusst wird.Nichtrostender Betonstahl im Kontaktmit unlegiertem Betonstahl ist dem-nach keine wirksame Kathode für Ma-krokorrosionselemente. Als Ursachehierfür kann angeführt werden, dassdie kathodische Teilreaktion der Sau-erstoffreduktion am nichtrostendenStahl wesentlich stärker gehemmt istals am unlegierten Stahl. Eine Ele-mentbildung ist eher beim Kontaktzwischen aktivem und passivem unle-gierten Stahl zu erwarten.

4 Werkstoffauswahlder nichtrosten-den Betonstähleund erforderlicheBetondeckungen

4.1 Grenzwerte für dieZusammensetzung undEigenschaften des Betonssowie die Mindestbeton-deckung nach Expositi-onsklassen

Bei der Planung von Bauteilen bzw.Bauwerken sind sowohl lastabhängi-ge als auch die lastunabhängigen Ein-wirkungen wie eine Korrosionsbean-spruchung zur Sicherstellung der Dau-erhaftigkeit zu berücksichtigen. Umdauerhafte Betonkonstruktionen zu er-stellen, müssen deshalb auch geeig-nete Annahmen für die zu erwartendenUmwelteinwirkungen getroffen wer-den, um durch eine sinnvolle Festle-gung der Betongüte und konstruktiverParameter, wie die Betondeckung, un-ter den jeweiligen Umgebungsbedin-gungen korrosionsbedingte SchädenimNutzungszeitraumauszuschließen.

In DIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-1 [2]sind die Anforderungen an den Betonin Abhängigkeit von den möglichenkorrosiven Einwirkungen festgelegt.U.a. werden die Betonzusammenset-zung, dieMindestdruckfestigkeitsklas-sen und die Betondeckung der Beweh-rung Expositionsklassen zugeordnet,

unlegierter Stahl nichtrostender Stahl 1.45710 M.-% Cl- 0 M.-% Cl- 3 M.-% Cl-

Kontaktpartner

Bild 8 : Stromdichte einer unlegierten Stahlbewehrung in Abhängigkeit vom Kontakt-partner und einer Chloridbelastung im Beton [20]

95-98% rel. Luftfeuchte

Strom

dichteinmA/cm2

12

8

4

0

14

welche den Korrosionsangriff der ein-gebetteten Bewehrung sowie den che-mischer Angriff und Frostangriff undden Verschleiß des Betons betreffen.In Tab. 5 sind für die drei typischenKorrosionsbelastungen

• Korrosion durch Carbonatisierung;• Korrosion ausgelöst durch Chloride,ausgenommenMeerwasser;

• Korrosion ausgelöst durch Chlorideaus Meerwasser;

diewichtigsten betonseitigen und kon-struktiven Anforderungen genannt.

Zur Berücksichtigung von unplanmä-ßigen Abweichungen ist die in Tab. 5genannte erforderlicheMindestbeton-deckung cmin durch Addition einesVor-

haltemaßes Δc zu vergrößern. DieserWert beträgt für die ExpositionsklasseXC1 10 mm und für alle übrigen Klas-sen 15mm. Hieraus ergibt sich die no-minelle Betondeckung cnom = cmin+Δc.

4.2 Reduzierte Betondeckungdurch Wahl nichtrosten-der Betonstähle

Als Betonüberdeckung oder einfachBetondeckungwird imStahlbetonbauder Abstand zwischen der Betonober-fläche und der Außenkante eines vomBeton umhüllten Betonstahls bezeich-net. Eine ausreichende Betondeckungist bei Stahlbetonbauteilen zur Über-tragung der Verbundkräfte zwischenBeton und Bewehrung erforderlich.

DesWeiterenmuss die Betondeckungeine genügende Dauerhaftigkeit desBauteils (Korrosionsschutz des einge-betteten Bewehrungsstahls) sowieeinen entsprechenden Feuerwider-stand sicherstellen. Zur Sicherung desVerbundes darf die Mindestbeton-deckung cmin für Bewehrungsstählenicht kleiner sein als der Stabdurch-messer ds des Betonstahls.

Die für herkömmliche (unlegierte) Be-wehrungsstähle in Abhängigkeit vonden Umgebungsbedingungen erfor-derliche Betondeckung geht ausTab. 5 hervor. Die darin genanntenWerte gehen, wie bei Dauerhaftigkeits-bemessungen in der Bautechnik üb-lich, von einer mittleren Lebens- undNutzungsdauer von mindestens 50

Tab. 5: Anforderungen an die Betonzusammensetzung, die Betongüte und die Betondeckung in Abhängigkeit von möglichen kor-rosiven Einwirkungen (Expositionsklassen) (Auszug aus DIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-1 [2] )

Expositions-klasse

Beschreibungder Umgebung

Beispiele für Zuordnungcmin(mm)

cnom(mm)

max.w/z-Wert

min. Zement(kg/m3)

min. Druckfest.(kp/mm2)

Korrosion, ausgelöst durch Carbonatisierung

XC1trocken oderständig nass

trockene Innenräume,Beton unter Wasser

10 20 0,75 240 C16/20

XC2 nass, selten trocken Wasserbehälter 20 35 0,75 240 C16/20

XC3 mäßige FeuchteAußenbereich,nicht bewittert

20 35 0,65 260 C20/25

XC4wechselnd nassund trocken

Außenbereich, bewittert 25 40 0,60 280 C25/30

Korrosion, ausgelöst durch Chloride, ausgenommenMeerwasser

XD1 mäßige FeuchteSprühnebelbereich

neben Verkehrsflächen40 55 0,55 300 C30/37

XD2 nass, selten trockenSolebäder, chloridhaltige

Industrieabwässer40 55 0,50 320 C35/45

XD3wechselnd nassund trocken

Spritzwasserbereichneben Verkehrsflächen

40 55 0,45 320 C35/45

Korrosion, ausgelöst durch Chloride aus Meerwasser

XS1 MeeresluftAußenbauteilein Küstennähe

40 55 0,55 300 C30/37

XS2 ständig unter WasserHafenanlagen,Off-shore Bereich

40 55 0,50 320 C35/45

XS3wechselndMeerwasser

40 55 0,45 320 C35/45

c = BetondeckungSpritzwasserbereich / Sprühnebelbereich: etwa 0 bis 10m / 10 bis 30m neben einer taumittelbehandelten, verkehrsreichen Straße(innerhalb einer Ortschaft)Meeresluft: Entfernung bis zu etwa 1 km von der Küste

15

Jahren bei angemessenem Instandhal-tungsaufwand aus. Die genannten Be-tondeckungen setzen einen Betonmitden aufgeführten betontechnologi-schen Eigenschaften voraus.

Die bauaufsichtlichen Zulassungen fürkaltgerippten nichtrostenden Beton-stahl in Ringen enthalten auch Anga-ben für eine Reduzierung der nachDIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-1 [2] er-forderlichen Betondeckung. Für dieBetondeckung der nichtrostendenBewehrungen 1.4571, 1.4362 und1.4462 gilt für alle Expositionsklassendie für XC1 ausgewiesene Betonde-ckung in Tab. 5. Es ist jedoch zu beach-ten, dass zur Verbundsicherung dieMindestbetondeckung cmin nicht klei-ner sein darf als der Stabdurchmesserds des Betonstahls.

4.3 Wahl eines geeignetennichtrostendenBewehrungsstahls

Die nichtrostenden Betonstähle könn-ten aufgrund ihrer Korrosionsbestän-digkeit im ungeschweißten und ge-schweißten Zustand wie in Tab. 6 an-gegeben angewendet werden. DieseTabelle weicht insofern von den Emp-fehlungen der bauaufsichtlichen Zu-lassungen für kaltgerippten nicht-rostenden Betonstahl in Ringen ab,als hier der Edelstahl 1.4462 für ei-ne hohe Chloridbelastung empfoh-len wird, während die Edelstähle1.4571 und 1.4362 nur für eine mä-ßige Chloridbelastung empfohlenwerden. Labor- und baupraktischeUntersuchungen haben jedoch ein-deutig gezeigt, dass auch der Edel-

stahl 1.4571 hohen Chloridbelastun-gen im Beton gewachsen ist (Bilder5 und 6).

Bei den Angaben in Tab. 6 ist zu be-achten, dass die Angaben für XS2und XD2 sich auf ein komplett einge-tauchtes bzw. durchweg nasses Bau-teil beziehen. Bei ständig in Wassereingetauchten Stahlbetonbauteilenkann nicht der für die Korrosion er-forderliche Sauerstoff durch die Be-tondeckung an den Stahl gelangen,weshalb Korrosion nicht möglich ist.Wenn dieses nicht der Fall ist undsich beispielsweise bei nur teilwei-sem Eintauchen in das Meerwasser(z.B. Kaimauer) Makrokorrosionsele-mente ausbilden können [1], so sindnichtrostende Bewehrungsstähle wiefür XS3 bzw. XD3genannt anzuwen-den (Bild 9).

Tab. 6: Zuordnung der nichtrostenden Betonstähle zu Expositionsklassen aufgrund von Ergebnissen der Forschung [5, 6]

Expositions-klasse

Beschreibung der Umgebung Beispiele für Zuordnung empfohlener Werkstoff

Korrosion, ausgelöst durch Carbonatisierung

XC1 trocken oder ständig nasstrockene Innenräume,Beton unter Wasser hier reicht im Regelfall die Anwendung

herkömmlicher (unlegierter) Betonstähle unterBerücksichtigung der in DIN EN 206-1/DIN 1045-1

genannten erforderlichen Betongüten undBetondeckungen aus

XC2 nass, selten trocken Wasserbehälter

XC3 mäßige Feuchte Außenbereich, nicht bewittert

XC4 wechselnd nass und trocken Außenbereich, bewittert 1.4003, 1.4301

Korrosion, ausgelöst durch Chloride, ausgenommenMeerwasser

XD1 mäßige FeuchteSprühnebelbereich

neben Verkehrsflächen1.4301, 1.4571, 1.4362

XD2 nass, selten trockenSolebäder, chloridhaltige

Industrieabwässerhier reicht im Regelfall die Anwendung

herkömmlicher (unlegierter) Betonstähle1)

XD3 wechselnd nass und trockenSpritzwasserbereichneben Verkehrsflächen

1.4571, 1.4429, 1.4529, 1.4362, 1.4462

Korrosion, ausgelöst durch Chloride aus Meerwasser

XS1 Meeresluft Außenbauteile in Küstennähe 1.4301, 1.4571, 1.4362

XS2 ständig unter Wasser

Hafenanlagen, Off-shore Bereich

hier reicht im Regelfall die Anwendungherkömmlicher (unlegierter) Betonstähle1)

XS3 wechselnd Meerwasser 1.4571, 1.4429, 1.4529, 1.4362, 1.4462

1) Verwendung von nichtrostenden Betonstählen wie bei XS3/XD3, falls mit Makrokorrosionselementen zu rechnen ist

16

5 AnwendungnichtrostenderBetonstähle

5.1 Richtlinien

Nichtrostende Bewehrungsstählewer-denweltweit eingesetzt, jedoch ist de-ren Anteil an der gesamten verbautenBewehrung eher gering. ZumStandderinternationalen Normung bzw. Richtli-nien findet man Angaben in [4, 6, 8].

Der Umgang mit nichtrostenden Be-wehrungsstählenwird inwenigen Län-dern wie z.B. Deutschland [10], Frank-reich [22], Großbritannien [8] und denUSA [23] besonders geregelt. In China,Indien und Japan orientiert man sichan den amerikanischen Regelungen,im mittleren Osten eher an den briti-schen. Die in Deutschland verwende-ten nichtrostenden Betonstähle besit-zen im Regelfall eine BauaufsichtlicheZulassung des Deutschen Instituts für

Bautechnik in Berlin. In der Bautech-nik können allerdings auch anderwei-tige Konstruktionsteile aus nichtros-tendemStahl in Beton eingebettetwer-den. Die Anwendung solcher Bauteile(z.B. Ankerschienen und Kopfbolzen-verankerungen, Anschlussbewehrun-gen sowie Befestigungsmittel) wirdteilweise durch Bauteilzulassungengeregelt. Die allgemeine bauaufsicht-liche Zulassung Z-30.3-6 [12] decktden Korrosionsschutz bei atmosphäri-scher Korrosionsbeanspruchung ab

und gilt nicht für nichtrostende Beton-stähle und auch nicht für anderweiti-ge Produkte aus nichtrostendemStahlim Kontakt mit Beton. Auf europäi-scher Ebene ist derzeit eine Normübernichtrostenden Betonstahl in Arbeit.

In den verschiedenen Ländern findenvor allem die folgenden Edelstähle imkaltumgeformten undwarmgewalztenZustand Anwendung imBetonbau (dieBezeichnung der Stähle erfolgt in An-lehnung an DIN EN 10088 [9]):

Deutschland 1.4003, 1.4571, 1.4362, 1.4462, 1.4429, 1.4529

Frankreich breite Palette von Stählen, empfohlen werden 1.4511, 1.4301,1.4311, 1.4462, 1.4539

Großbritanien 1.4301, 1.4436, 1.4429, 1.4162, 1.4362, 1.4462, 1.4501,1.4529

Italien 1.4301, 1.4401, 1.4571, 1.4436, 1.4462

Schweiz 1.4003, 1.4301,1.4401,1.4362, 1.4462

Skandinavien 1.4301, 1.4401, 1.4436 (Norwegen, Finnland)

USA breite Palette von Stählen, ammeisten verwendet werden1.4404,1.4429, 1.4462

Bild 9: Nichtrostende Betonbewehrung in durch salzhaltige Luft und Dünung belasteten Außenwänden und Stützpfeilern der Mo-schee König Hassan II. in Casablanca (Marokko)

17

5.2 BaupraktischeErfahrungen

Ältere und neuere Ausführungen vonweltweit mit nichtrostendem Beton-stahl bewehrten Betonbauten sind in[4, 8, 24] beschrieben. Die geschilder-ten Erfahrungen sind ausschließlichpositiv.

Das bekannteste Beispiel einer lang-zeitigen Anwendung nichtrostenderBetonstähle ist die mehr als 2 km lan-ge Landebrücke aus Stahlbeton inProgreso (Mexiko, Yucatan Halbinsel)[25]. Die Brücke wurde um 1940 ge-baut.Wegen des heißen und feuchtenMeeresklimas, der Verwendung vonrelativ porösem Beton mit Kalkstein-zuschlag aus der Umgebung und ent-sprechend erhöhter Korrosionsgefahrfür die Bewehrung wurde an kriti-schen Stellen eine Bewehrung ausnichtrostendemStahl verwendet, wo-bei die verwendete Legierung der heu-tigen Legierung 1.4301 entspricht.Insgesamt wurden 220 Tonnen nicht-rostender Stahl mit 28 bis 30 mmDurchmesser eingesetzt. Bis heutewurden an der Brücke keine größeren

Unterhaltsarbeiten benötigt. Eine de-taillierte Untersuchung 1999 ergab,dass sich die Brücke in einem ein-wandfreien Zustand befindet. In den60-er Jahren wurde parallel zur beste-henden Konstruktion eine Landungs-brücke aus Stahlbeton unter Verwen-dung von herkömmlichem Betonstahlgebaut, die infolge von Korrosion ein-gestürzt und nahezu verschwundenist (Bild 10).

5.3 Anwendungsbeispiele

Nichtrostende Betonstähle empfeh-len sich in erster Linie überall dort,wo mit einer häufigen Feuchtigkeits-beaufschlagung und mit der Anwe-senheit von Chloriden an der Beton-oberfläche zu rechnen ist. Diesessind in erster Linie Meeresbauwerkeund Verkehrsbauwerke (z.B. Park-häuser, Straßenbrücken, Stützwän-de und Tunnelauskleidungen) (Bilder11 und 12). In den folgenden Ab-schnitten soll auf einige bereits zurAnwendung kommende Sonderan-wendungen von nichtrostendemStahl im Betonbau besonders hinge-wiesen werden.

Sandwich-ElementeSandwich-Elemente sind zweischali-ge Dach-, Wand-, oder Deckenbautei-le ausBetonmit dazwischen liegenderDämmschicht. Die beiden äußerenSchalen werden durch einen Gitterträ-ger (Bewehrungselement) fest mitei-nander verbunden. Die Außenschaledient demWitterungsschutz, währenddie Innenschale wirkende Kräfte wei-terleitet. Die Dämmschicht kann auseiner Wärmedämmung (PU-Hart-schaum, Mineralfaserplatten) an derInnenseite einer äußeren Fertigplatteund einem Luftraum bestehen oderdieWärmedämmung füllt den gesam-ten Raum zwischen den Fertigplattenaus. Alternativ kann der Luftraum aufder Baustelle nach dem Einbau auchmit Ortbeton verfüllt werden.

Der Gitterträger besteht aus dem je-weils einbetoniertenObergurt undUn-tergurt und den dazwischen liegendenDiagonalen. Abschnitte der Diagona-len liegen in einem abgeschlossenenLuftraumzwischen Dämmung und Fer-tigplatte und ein Teil der Diagonalenwird stets von der Dämmung umgebensein. Die Zulassungen für wärmege-

Bild 10: Landebrücken aus Stahlbeton in Progreso (Mexiko, Yucatan Halbinsel) [25]; rechte Landungsbrücke nach 60 Jahrenmit nicht-rostendem Betonstahl bewehrt; linke Landungsbrücke nach ca. 35 Jahren mit unlegiertem Betonstahl bewehrt

18

Bild 12: Nichtrostende Bewehrung einer Stützwand zur Uferbefestigung eines Flusses in Tschechien

Bild 11: Nichtrostende Betonstahlmatten in einer Lawinenschutz-Konstruktion in Frankreich

19

dämmte Plattenwändemit Gitterträgerverlangen für eine derartige Anwen-dung einen nichtrostenden BetonstahlBSt 500 NR/NG.

Rissbehaftete Bauteile,AnschlussbewehrungBetonbauwerke unterliegen einerzeitlich veränderlichen Verformung,die imWesentlichen durch lastunab-hängige Kräfte (z.B. Temperaturände-rungen) hervorgerufen wird. Bei Be-hinderung der Verformungen kanndieses Risse zur Folge haben, wo-durch korrosionsfördernde Stoffe(z.B. Chloride) rasch ins Betoninnerezum Bewehrungsstahl gelangen. Hin-zu kommt, dass Betonrisse in verhält-nismäßig kurzer Zeit carbonatisieren.Folglich können Betonstähle im Riss-bereich des Betons bevorzugt korro-dieren. Diese Problematik beziehtsich z.B. auf „lange“ Konstruktionenwie Parkdecks oder Stützwände, beidenen trotz Dehnfugen Trennrisseaus behinderter Verformung auftre-ten können. Auch die Fugen an derAnschlussbewehrung zwischen Be-tonfertigteilen und Ortbeton sind imHinblick auf Dichtigkeit Schwachstel-len der Konstruktion undmüssen kor-rosionstechnisch sicher mit geeigne-ten Dichtstoffen abgedichtet werden.Sie können aber auch mit nichtros-tendem Betonstahl bewehrt werden,um Korrosion zu vermeiden.

Was den gerissenen Beton (Trenn-risse) anbetrifft, so wird zum Zweckdes Korrosionsschutzes für befahre-ne und chloridhaltigem Wasser aus-gesetzte Bauteile häufig eine riss-überbrückende Beschichtung vorge-sehen. Da diese Maßnahme nichtdauerhaft ist und einer wiederkehren-den Erneuerung bedarf, wurden kor-rosionsbeständige nichtrostende Be-tonstähle (1.4571 und 1.4462) in ge-rissenem chloridhaltigem Beton (> 5M.-% Chlorid bezogen auf das Ze-mentgewicht) in baupraktischen Aus-lagerungsversuchen unter Einbezie-hen der wesentlichen Einfluss-parameter des Stahls (Stahlsorte,Schweißung), der Konstruktion (Be-tondeckung, Rissbreite), des Betons(carbonatisierter, nicht carbonatisier-ter Betonriss) und typische Problem-fälle (Parkdecks, Stützwand) unter-sucht und bewertet [16]. Der unlegier-te Stahl unterlag bereits nachwenigenWochen in Betonrissen einer

starken abtragenden Korrosion. Dienichtrostenden Stähle 1.4571 mitaustenitischem Gefüge und 1.4462mit ferritisch-austenitischem Gefügewurden im Betonriss in einem Ver-suchszeitraum von 2,5 Jahren nichtangegriffen.

BalkonanschlüsseBei konventionellen Konstruktionenfür frei auskragende bzw. frei gelager-te Stahlbetonplatten (z.B. außen lie-gende Balkone, Podeste) könnenProbleme hinsichtlich derWärmedäm-mung, Trittschalldämmung und Be-wehrungsstahlkorrosion amÜbergangaußen liegende Betonbauteile/Deckebzw.Wand entstehen. In diesen Berei-chen kann es zur Ausbildung kritischerWärmebrücken kommen, bedingtdurch spezielle geometrische Verhält-nisse oder durch die Aneinanderrei-hung von Baustoffen unterschiedli-cher Wärmeleitfähigkeit. Es findet einstarker Wärmeabfluss nach außenstatt, welcher zur Erniedrigung der in-neren Oberflächentemperatur im Bau-werk führt. Die Folge einer Unterschrei-tung der Taupunkttemperatur derRaumluft ist die Bildung von Tauwas-ser auf der Bauteiloberfläche mit ent-sprechenden Folgeerscheinungen(z.B. Schimmelpilz und feuchte inne-re Ecken).

Besonders starkwirkendeWärmebrü-cken sind freiauskragende Balkone(Bild 1), da die Abkühlung sowohlnach der Ober- als auch nach der Un-terseite der Balkonfläche gegeben ist.Durch den Einsatz eines wärmege-dämmten Kragplattenanschlusses,der unter Verwendung von nichtros-tendem Stahl erstellt wurde, kann ei-neVerbesserung erzielt werden, da fürden Wärmeabfluss auch die Beweh-rungsstähle verantwortlich sind. Aus-tenitischer nichtrostenderStahl besitzteine vergleichsweise geringe Wärme-leitfähigkeit (≈ 15W/mK) und erreichtdamit gegenüber unlegiertem Beton-stahl einen um50bis 60%geringerenWärmeabfluss. Durch die Verwendungeineswärmedämmenden Kragplatten-anschlusses mit derartigen nichtros-tendenBetonstählenwird jedoch nichtnur eine effizientere thermische Tren-nung der außen liegenden Balkonplat-te vomwarmen Innenbereich erreicht,sondern auch die Korrosionsbestän-digkeit wird im Übergangsbereichsichergestellt.

Nichtgefügedichter LeichtbetonDie physikalische Schutzwirkung ei-nes Betons ist der Diffusionswider-stand gegen Zutritt von Korrosionssti-mulatoren (Wasser, Chloride, CO2).Dieser Schutz ist bei den höherwerti-geren Normalbetonen und den gefü-gedichten Leichtbetonen i.a. gegeben.Die nichtgefügedichten Leichtbetone(z.B. Porenbeton), welche zumZweckeder Gewichtseinsparung und desWär-meschutzes eingesetzt werden, wei-sen im Vergleich aufgrund ihres pori-gen Gefüges eine viel geringere dies-bezügliche Schutzwirkung auf. Die inhohem Umfang vorhandenen Makro-poren sind durchlässig für Gase undWasser sowie dessen Inhaltsstoffe.Mit ungeschütztem unlegiertem Be-tonstahl bewehrte nichtgefügedichteLeichtbetone sind daher nicht einsetz-bar, falls die Bauteiloberflächen bewit-tert werden. Selbst bei einer Außenbe-schichtung von Porenbeton kann einezeitweise Durchfeuchtung des Betonsnicht in jedemAnwendungsfall ausge-schlossen werden.

Da bei nichtgefügedichten Betonenein vollständiger Korrosionsschutz derStahleinlage nicht gegeben ist, müs-sen diese zusätzlich geschützt wer-den. Bisherige Schutzsysteme (Ze-mentleimumhüllung, bituminöseÜber-züge) können bautechnische Mängelaufweisen. Durch den Einsatz nicht-rostender Bewehrungsstähle kanndieser Korrosionsgefahr wirksam undzuverlässig begegnet werden [1, 17].

6 Kosten

6.1 AllgemeineZusammenhänge

Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeiteines Bauwerks wird der verantwor-tungsbewusste Ingenieur eine Kosten-Nutzen-Analyse und eine Risikoein-schätzung durchführen, welche dieMaterialkosten, die Erstellungskostenund auch die Unterhaltungs- bzw. In-standsetzungs- oder Erneuerungskos-ten beinhalten. Gerade letztere wer-den jedoch bei der Bauwerkserstel-lung häufig außer Acht gelassen.Bauteile unterliegen immer einer na-türlichen Alterung und dem Ver-schleiß, auch infolge Korrosion, so

20

dass keine unbegrenzte Lebensdauererwartet werden kann. Eine Verwen-dung von Werkstoffen mit geringerDauerhaftigkeit ist jedoch oft mit ho-hen Gesamtkosten für das Bauwerkbehaftet, da neben den reinen Mate-rialkosten auch die Folgekosten in dieWirtschaftlichkeitsbetrachtung miteinzubeziehen sind. Diese gesamtenBetriebskosten können dann die ei-gentlichen Herstellkosten um ein Viel-faches übersteigen.

Insbesondere beim Einsatz von nicht-rostendem Betonrippenstahl sind dieanfänglichenWerkstoffkosten um einmehrfaches höher als beim unlegier-ten Betonrippenstahl. Ursache ist derAnteil an teuren Legierungselemen-ten, welche die Kosten für die einzel-nen nichtrostenden Stahlsorten we-sentlich beeinflussen. NichtrostenderBetonrippenstahl ist größenordnungs-mäßig um das 4 bis 8fache teurer alsherkömmlicher Betonrippenstahl. DieZusatzkosten für den Ersatz der unle-gierten Bewehrung durch nichtrosten-de Bewehrung betragen i.a. zwischen0,5 % und 15 % der gesamten Bau-kosten [3].

Bei ansonsten aufwendigen Konstruk-tionen geht der Preis für die nichtros-tende Bewehrung von Betonbauteilennicht wesentlich in die Gesamtkostenein. Auch dieVerwendung einerMisch-bewehrung (nichtrostende Betonstäh-le nur in stark korrosionsgefährdetenBereichen) senkt die Zusatzkosten fürden Korrosionsschutz. Zu einemhöhe-ren Anteil von Mehrkosten kommt eseher bei stärker bewehrten einfache-ren Konstruktionen und wenn die ge-samte Bewehrung aus nichtrostendemStahl besteht.

Bei Verwendung geeigneter nichtros-tender Stähle fallen keine zusätzlichenBetriebskosten für Instandsetzungund Erneuerungsmaßnahmen wäh-rend der gesamten Lebensdauer desBauwerkes an. Letztendlich sind Kon-struktionen, die unter Verwendungnichtrostender Betonstähle erstelltwerden, kostengünstiger und zuver-lässiger über lange Zeiträume.

6.2 Kosten-Nutzen-Analyse

Im Rahmen einer Kosten-Nutzen-Ana-lyse, basierend auf betrieblicher Kos-tenrechnung, wurden in [26] die Le-

bensdauerkosten einer Straßenbrückeermittelt, falls diese unter Verwendungkorrosionsgeschützter Bewehrung er-stellt wird. Es handelt sich umdie auf-wendige Konstruktion zur Überque-rung des Rheins bei Schaffhausen inder Schweiz. Die statischen Betonele-mente dieser Brücke sind der Kabelpy-lon und die Längsträger der Brücken-platte. Die Stahlbetonbauteile wurdenwie folgt bewehrt:

• Für die Hautbewehrung unter denexponierten Flächen (Spritzwasser-zone) der Längsträger der Brücken-platte wurde der nichtrostendeStahl1.4301 verwendet;

• Für die Hautbewehrung des Pylonsin der Spritzwasser- und Sprühne-belzone wurde der nichtrostendeStahl 1.4462 eingesetzt;

• Die restliche Bewehrung im Innerender Querschnitte ist aus unlegiertemBetonstahl S 500.

Diese unter Verwendung von nichtros-tendem Bewehrungsstahl durchge-führte Konstruktion hat wegen der hö-heren Ausgaben für den nichtrosten-denStahl höhere Herstellungskosten,jedoch auch eine höhere Beständig-keit während der Nutzungsdauer desBauwerkes von 80 Jahren. ZusätzlicheUnterhaltsmaßnahmen und Betriebs-kosten wurden als nicht erforderlicherachtet.

Die Lebensdauer-Kosten-Ermittlungberechnet die gesamten Kosten unterder Annahme, dass die Hautbeweh-rung aus unlegiertemBetonstahl oderaus nichtrostendem Stahl hergestelltwurde. Die Verwendung von nichtros-tendemStahl in den korrosionsgefähr-deten Bereichen der Konstruktion er-höhte die gesamten Baukosten (Her-stellungskosten) dieser aufwendigenKonstruktion von 9,76 Millionen Euroauf 9,81 Millionen Euro, also nur um0,5%. Dieses ergibt sich aufgrund desgeringen Anteils der Bewehrungsstahl-kosten an den gesamtenHerstellungs-kosten. Zusätzlich zu beachten ist,dass es sich umeineMischbewehrunghandelt, welche die Bewehrungsstahl-kosten niedrig hält. Die gesamten Le-bensdauer-Kosten sind bei Verwen-dung von nichtrostendem Stahl mit9,81 Millionen Euro um etwa 18 %günstiger als bei Verwendung von un-legiertem Betonstahl (12 MillionenEuro). Diese Kostendifferenz wird

hauptsächlich durch die künftigen Be-triebskosten (Instandsetzung, Nut-zungsausfall) verursacht, die für denErhalt des Bauwerkes während derNutzungsdauer nötig sind, fallsunlegierter Betonstahl verwendetwird.

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Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 220540013 Düsseldorf

www.edelstahl - rostfrei.de