Oberflächliche Umwandlung und stich/Bilder_BU/III.II.pdf · PDF file3.2 Korrosion...

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  • 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