3.2 Korrosion zementgebundener Baustoffe Lsender Angriff

Lsender Angriff auf Beton u. a. zement- gebundene Baustoffe durch

Suren

kalklsende Kohlensure

austauschfhige Salze

weiches Wasser

Fette und le

Oberflchliche Umwandlung und Abtrag von schwerlslichen in leichtlsliche Verbindungen

Betonaggressivitt von Wssern nach DIN 4030

Angriff Parameter

schwach stark sehr stark Art

pH-Wert 6, 5 - 5,5 5, 5 - 4,5 < 4,5 L

CO2 in mg/L 15 - 30 30 - 60 > 60 L

NH4+ in mg/L 15 - 30 30 - 60 > 60 L

Mg2+ in mg/L 100 - 300 300 - 1500 > 1500 L, T

SO42- in mg/L 200 - 600 600 - 3000 > 3000 T

L = lsender Angriff

T = treibender Angriff

Angriff durch Suren Starke Suren (H2SO4, HNO3, HCl) lsen alle Hydratationsprodukte des Zementsteins auf

3 CaO 2 SiO2 3 H2O + 6 HCl 3 CaCl2 + 2 SiO2 + 6 H2O CSH-Phase, schwer lslich leicht lslich in sauren Abwssern

Bildung aus H2S durch Schwefelsurebakterien in Abwasserrohren

H2S + 2 O2 2 H+ + SO4

2-

in der Luft aus SO2, NOx

durch nitrifizierende Bakterien aus NH3, NH4

+ oder (NH2)2CO

NH3 + 2 O2 H+ + NO3

- + H2O nitrifizierende Bakterien bis in

15 cm Tiefe des Sandsteins Auflsung des CaCO3

Biogene Schwefelsurekorrosion (BSK) Anaerober Bereich - SOB1), Sulfatreduktion in Gegenwart org. Stoffe

Org. Stoffe + SO42- S2- + CO2 + H2O

Aerober Bereich - SRB2),

H2S-Oxidation in Gegenwart von Luft- sauerstoff

H2S + 2 O2 2 H+ + SO4

2-

bewirkt lsenden (0,5 - 10 mm/a) und treibenden Angriff

Sielhaut

Sinkstoffe

HS-

Wasserwechselzone Luft H2S

H2SO4

SO42-, R-SH

c(O2) < 0,1 mg/L

1)schwefeloxidierende Bakterien

2)sulfatreduzierende Bakterien

Grubenwsser in Erz- und Braunkohlegebieten Aus den Grundgesteinen Pyrit und Markasit wird durch Verwitterung und mikrobielle Umstze Sure freigesetzt. Die Seen weisen vielfach pH-Werte zwischen 2,3 und 3,5 auf! FeS2 + 3 O2 + H2O Fe

2+ + 2 H+ + 2 SO42-

2 Fe2+ + O2 + 5 H2O 2 Fe(OH)3 + 4 H

+

Schwache Suren (Huminsuren, Milchsure, Fruchtsure, Kohlensure) greifen nur reine Calciumverbindungen an, z. B. CaCO3 und Ca(OH)2

in Bden (Huminsuren in Humus, Torf, Braunkohle)

HS H + M+ HSM + H+

in Moorwssern

Molkereien, Lebensmittelindustrie

Bodenreaktion und pH

-Werte verschiedener

m

itteleuropischer Bden

1)

Magensaft Essig Tomatensaft Sauberer Regen Milch Reines Wasser Blut Backpulver Ammoniakwasser

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pH-W

ert

1)Enslinn, K

rahn, Skupin, 2000

1 12

sauer

neutral basisch

Saurer Regen

Hochm

oorboden

Sumpfw

iesenboden

Mischw

aldboden

Flachmoorboden

Wiesenboden

Kalkartiger B

oden

pH-Wert-Vernderung im Bodenwasser bei fortgesetztem Eintrag von Sure (Bliefert, 2002)

pH-w

ert

des

Bod

enw

asse

rs

gesamte Sure im Boden

4

8

6

2

Carbonat-Pufferbereich:

CO32- HCO3

- ( CO2) H+ H+

Tonminerale (T) im Austauscher-Pufferbereich:

TO-M+ + H+ TO-H+ + M+

M+ = Na+, K+, Ca2+, Mg2+

Al-Pufferbereich:

[Al6(OH)15]3+ + 15 H+ + 21 H2O

6 [ Al(H2O)6]3+

Fe-Pufferbereich:

FeOOH + 3 H+ + 4 H2O

[ Fe(H2O)6]3+

Surefeste Fubden Fubodenbeschichtung, Stoffauswahl entspre-

chend Beanspruchung

Epoxidharz

Vinylesterharz

keramische Platten, Problem Fugenmrtel

Furanharzkitte

Keine Verwendung von zementhaltigem Fugenmrtel Mrtel auf Basis Kaliwasserglas als Bindemittel (Fllstoff Quarz, Steinkohlenflugasche, enthlt amorphes SiO2 u. a. Oxide)

K2[SiO3] aq + CO2 [SiO2] aq + K2CO3 Reinigung mit Heiwasser und Industriereiniger (pH-Wert beachten!) Empfindlichkeit gegen Reinigungsmittel und Alkalien!

Angriff von kalklsender Kohlensure1)

Gefgelockerung und Zerstrung durch CaCO3-Entzug

1)Henning, Knfel, 2002

Angriff von berschssiger, freier Kohlensure Kalk - Kohlensure Gleichgewicht

CO2(aq) + H2O + CaCO3(s) Ca2+ + 2 HCO3

-

Gesamtkohlensure

gebundene Kohlensure

CO32-, HCO3

-

zugehrige freie, stabi-

lisierende Kohlensure

freie Kohlensure

CO2, H2CO3

berschssige freie

Kohlensure

Je hher die Wasserhrte, um so mehr zugehrige, freie (stabilisierende) Kohlensure ist erforderlich, um das Hydrogencarbonat in Lsung zu halten. In hartem Wasser wirkt erst ein hherer Ge- halt an freier Kohlensure schdigend als in weichem Wasser.

Zusammenhang zwischen berschssiger und stabilisierender Kohlensure1)

1)Henning, Knfel, 2002

Kalk - Kohlensure Gleichgewicht CO2(aq) + H2O + CaCO3(s) Ca

2+ + 2 HCO3-

Verhinderung der Schutzschichtbildung

Ausbildung von Kalk-Rost-Schutzschichten (FeCO3, Fe2O3, CaCO3) nur in sauerstoffhaltigen, nicht zu weichen, flieenden Wssern (Wasserleitungs-rohren).

Austauschfhige Salze Mg2+, NH4+ Ca2+

2 NH4Cl + CaCO3 (NH4)2CO3 + CaCl2

lslich lslich Fette und le Fett + Ca(OH)2 Ca-Seife + Glycerin

H2C OH

HC OH

H2C OH

HC

H2C

H2C

O(O)C R1

R2

R3

O(O)C

O(O)C

Verseifung von Fetten

HC

H2C

H2C

O(O)C R1

R2

R3

O(O)C

O(O)C

2 + 3 Ca(OH)2 HC

H2C

H2C

OH

OH

OH

+ 3 Ca(OOCRn)2

Ca-Seife

Treibender Angriff

Prinzip der Rissbildung durch schdliche Treiberscheinungen: Eindringen von Stoffen in erhrteten Beton

Chemische Reaktion mit vorliegenden festen Ausgangsstoffen (Mineralpha- sen)

Volumen der Neubildung > Volumen der Ausgangsstoffes

Entstehende Spannungen > Festigkeit des Betons

Wichtige Treibreaktionen gelste Sulfate + CAH Sulfattreiben

Wasser + CaO Kalktreiben

Wasser + MgO Magnesiatreiben

Wasser + Alkalien des Zementes Opal, Flint, Grauwacke Alkalitreiben (AKR)

Sulfattreiben1) 3 CaO Al2O3 + 3 (CaSO4 2 H2O) + 26 H2O 3 CaO Al2O3 3 CaSO4 32 H2O sekundrer Ettringit

1)nach Henning, Knfel, 2002

Kalk- und Magnesiatreiben1)

CaO + H2O

Ca(OH)2

MgO + H2O

Mg(OH)2

1)nach Henning, Knfel, 2002

Alkalitreiben1) (Alkali-Kieselsure-Reaktion, AKR)

Alkaliempfindlicher Zuschlag

Einsatz von NA-Zement

CEM I mit 0,6 % Na2O-qui- valent,

CEM III mit hherem Na2O - quivalent, fein aufgemahlen

H2O

1)

nach Henning, Knfel, 2002

Alkaliempfindliche Zuschlge enthalten amorphe Kieselsure

Flinte, Opalsandstein, prkambrische Grauwacke, gebrochener Quarzporphyr

H2O H2[SiO3]n + 2 NaOH Na2[SiO3]n + 2 H2O

Auch Alkalisalze knnen zum Alkalitreiben fhren, da sie sich mit Ca(OH)2 zu Alkalihydroxiden umsetzen, z. B.: Na2SO4 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaSO4

DAfStb-Richtlinie "Vorbeugende Manahmen gegen schdigende Alkalireaktion im Beton" - Alkali-Richtlinie Umwelteinflsse Feuchtigkeitsklassen (Angriffsgrad)

Feuchtigkeitsklasse Abkrzung Beispiele

trocken WO Innenbauteile Hochbau, Bauteile ohne Einwirkung von Niederschlag, Oberfl-chenwasser, Bodenfeuchte, keine stndige Einwirkung einer rel. LF > 80 %

feucht WF Ungeschtzte Auenbauteile Innenbauteile, auf die Luft einer rel. LF > 80 % einwirkt Bauteile mit hufiger Taupunktunterschreitung, massige Bauteile, deren kleinstes Ma > 0,50 m ist

feucht + Alkali-zufuhr von auen

WA Bauteile mit Meerwassereinwirkung Bauteile mit Tausalzeinwirkung ohne zustzl. hohe dynam. Beanspruchung Bauteile (Industrie, Landwirtsch.) mit Alkalisalzeinwirkung

feucht + Alkali-zufuhr von auen + starke dynam. Beanspruchung

WS Bauteile unter Tausalzeinwirkung mit zustzlicher hoher dynam. Beanspruchung (z. B. Betonfahrbahnen)

Gesteinskrnung Alkaliempfindlichkeitsklassen

Klasse Gesteinskrnungen Einstufung hinsichtlich AKR

E I-O unbedenklich

E II-O bedingt brauchbar

E III-O