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Detektion korrosionsaktiver Bereiche an Brückenbauwerken aus Stahlbeton mittels Potentialfeldmessung
(2020)
Durch das alkalische Porenwassermilieu wird Stahl im Beton durch Ausbildung einer Deckschicht vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich durch Volumenexpansion der Korrosionsprodukte korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaß-nahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeldmessung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszustandes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz.
In maritimer Exposition können Zinkbauteile Nutzungsdauern von 50 Jahren erreichen. Dabei werden Expositionen mit Spritzwasserbelastung durch Meerwasser nicht betrachtet. Normative Betrachtungen und Korrosionsprognosen basierend auf Einjahreswerten liefern hier grundlegend falsche Ergebnisse, da sie eine signifikant höhere Belastung der Atmosphäre mit SO2 voraussetzen.
In maritimer Exposition können Zinkbauteile Nutzungsdauern von 50 Jahren erreichen. Dabei werden Expositionen mit Spritzwasserbelastung durch Meerwasser nicht betrachtet. Normative Betrachtungen und Korrosionsprognosen basierend auf Einjahreswerten liefern hier grundlegend falsche Ergbnisse, da sie eine signifikant höhere Belastung der Atmosphäre mit SO2 voraussetzen.
In maritimer Exposition können Zinkbauteile Nutzungsdauern von 50 Jahren erreichen. Dabei werden Expositionen mit Spritzwasserbelastung durch Meerwasser nicht betrachtet. Normative Betrachtungen und Korrosionsprognosen basierend auf Einjahreswerten liefern hier grundlegend falsche Ergbnisse, da sie eine signifikant höhere Belastung der Atmosphäre mit SO2 voraussetzen.
Determining a pore structure’s mechanical and chemical data on lime rendering exposed outdoors and including masonry in the laboratory, with regard to their behaviour on moisture transport and weathering was the objective. In search of clues for a dose-response relation - i.e. upon a connection between the emission rate of SO2 and NOx on one hand and the degree of damage to mainly plaster having a lime component on the other - it has been of interest to what extent their structural characteristics including pore space are modified and so consequently also physico-technical properties and chemical composition. For determining corresponding criteria, a widely diversified spectrum of test methods such as to obtain data concerning porosity and moisture transport, mechanical behaviour, and chemistry as well is available. A description of the manufacture of plate-shaped rendering specimens with lime putty, industrially hydrated lime and dolomitic hydrate (the last two also having a cement admixture) and also hydraulic lime as binding agents is included. First deposition velocity and absorption rate for SO2 were determined in laboratory tests on these materials in dry and moist states. After their exposure on outdoor racks at six locations in the Berlin region with differing SO2 atmospheric contents over at least 5 years, the samples of course show timedependent modifications of chemical and physical qualities which are especially reflected in the form of profiles of structure, strength and concentration, e.g. for sulphate. Local climatic differences, however, partly exert a greater influence on material than emissions. Similar investigations were performed on samples of comparable composition exposed 4 and 17 years. But the real surprise is furnished by the renderings’ behaviour depending upon orientation and upon height at a building. Since weathering behaviour and moisture Transport (absorption, storage, release) are directly interdependent, further criteria are necessary for a critical assessment of a plasters’ pore structure. Starting from sands, plasters were characterized. The structural parameters were lastly influenced by the respective contents of sand, binder and mixing water. These results and those gained from bricks naturally find their expression in masonry sections manufactured there from, and above all in their capillary and evaporative behaviours, and also when applying different test liquids. Summary and cited literature is given at the end of this report.
Der maßgebliche Korrosionsschutz von nicht rostendem Stahl in Beton basiert, anders als bei unlegiertem Betonstahl, auf der Ausbildung einer Chromoxidschicht. Die Chromoxidschicht ist in alkalischem und in carbonatisiertem Beton beständig, sodass nicht rostende Stähle in einem passiven Zustand vorliegen.
Die Initiierung von Lochkorrosionserscheinungen ist dagegen auch an nicht rostenden Stählen in Beton möglich. Der korrosionsauslösende Chloridgehalt ist neben dem Gehalt an Legierungselementen (insbesondere dem Chromgehalt) und der Oberflächenbeschaffenheit auch vom Konzentrationsverhältnis von OH“ zu CI“ im Elektrolyten abhängig. Daher ist prinzipiell zu erwarten, dass in karbonatisierten Betonen geringere Chloridgehalte Korrosion initiieren können als in Betonen mit höheren pH-Werten. Dies gilt in besonderem Maße für nicht rostende Betonstähle mit geringen Chromgehalten, wie z. B. Produkte aus dem Werkstoff 1.4003 (X2CrNi12) mit seiner im Vergleich zu den Standardausteniten geringen Beständigkeit. Um den kritischen korrosionsauslösenden Chloridgehalt am Beispiel eines am Markt verfügbaren ferritischen Chromstahls zu bestimmen, wurden an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) umfangreiche Untersuchungen zu beschleunigten Korrosionsversuchen in alkalischen und karbonatisierten Mörteln durchgeführt. Mittels Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) konnten die korrosionsauslösenden Chloridgehalte im Phasengrenzbereich Betonstahl-Mörtel ermittelt werden.
Die Kombination elektrochemischer und computertomographischer Untersuchungs-Verfahren bietet die Möglichkeit, elektrochemische Messungen zerstörungsfrei verifizieren und richtig interpretieren zu können. Die Ermittlung der durch Lochkorrosion geschädigten Stahloberflächen ermöglicht es Probekörper zu entwickeln, die ein der Praxis entsprechendes Schadensbild aufweisen. Ein weiterer Vorteil stellt sich in der Minimierung der Probenmatrix dar. Die klassische Versuchsdurchführung erfordert die Zerstörung von Proben nach jeder Vorschädigungsstufe. Dies kann durch den Einsatz der Computertomografie vermieden werden. Die elektrochemischen Messwerte können flächenbezogen ermittelt werden, solange sich die Korrosionserscheinungen vollständig innerhalb des durch die CT abgebildeten Untersuchungsbereiches befinden.
Corrosion behavior of galvanized reinforcement in chloride containing mortar and carbonated mortar
(2018)
Korrosionseigenschaften von feuerverzinktem Betonstahl unterscheiden sich grundlegend von herkömmlichen Betonstahl. In diesem Vortrag sind Beispiele für das Korrosionsverhalten in chloridhaltigen und carbonatisierten Mörteln dargestellt
Electrochemical potential mapping according to guideline B3 of DGZfP (German Society for Nondestructive Testing) is a recognized technique for the localization of corroding reinforcing steels. In reinforced concrete structures the measured potentials are not necessarily directly linked to the corrosion likelihood of the reinforcing steel. The measured values may be significantly affected, different from, e.g., stress measurement, by different influences on the potential formation at the phase boundary metal/concrete itself as well as the acquisition procedure. Due to the complexity of influencing factors there is a risk that the results are misinterpreted. Therefore, in a training concept firstly the theoretical basics of the test method should be imparted. Then, frequently occurring practical situations of various influencing factors will be made accessible to the participants by a model object specially designed for this purpose. The aim is to impart profound knowledge concerning the characteristics of potential mapping for detecting corrosion of reinforcing steel in order to apply this technique in practice as reliable and economical test method.
Auf dem Gebiet des mechanischen Fügens ist eine rege Entwicklung zu verzeichnen. Der Einsatz neuer Materialien, neuer Nietformen, neuer Schutzschichten, veränderter Fertigungstechnologien, die Notwendigkeit zur Mischbauweise, veränderte mediale Belastungen, geforderte Langzeitgarantien usw. lassen vielfältige alte und neue Fragen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit auftreten. Herkömmliche Korrosionsprüfverfahren geben oft nur unzureichende Antworten auf diese Fragen. Mit einer neuen Methode (Rauschdiagnostik) ist es möglich, in kurzer Zeit aussagekräftige Ergebnisse über Material- und Bauteileigenschaften zu erhalten. Hierbei macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass eine Oberfläche, gleichgültig ob man misst oder nicht misst, ständig kleinste Strom- und Spannungsimpulse generiert, die bei richtiger Messung und Interpretation wertvolle Aussagen liefern. Neben der Möglichkeit, die Korrosionsneigung zu bestimmen, lassen sich über diese Messungen auch bestimmte Verarbeitungsfehler und Oberflächendefekte nachweisen. Die Anwendung dieser Methode bietet somit Möglichkeiten zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung mechanisch gefügter Bauteile, oder auch zur Einschätzung des Zustandes von Fügeverbindungen in der Praxis.
In einer umfangreichen Untersuchung konnte gezeigt werden, dass es aus korrosionstechnischer Sicht sehr gute, schwächer
legierte Alternativwerkstoffe zu den heute überwiegend eingesetzten nichtrostenden CrNi- und CrNiMo-Stählen gibt
und dass sich hierdurch ein wirtschaftlicher Vorteil generieren lässt.
The second part of this paper looks continues the comparative investigation of lean duplex stainless steels, manganese alloyed austenitic and duplex stainless steels and ferritic stainless steels. These new materials were investigated in many different test procedures and in different conditions focused on the application in civil engineering and common use. In addition to electrochemical investigations, all materials were exposed to atmospheric conditions in different surface states. In Part 2, Prof. Gümpel and his team examine the effects of coastal and urban atmospheres on the samples, and presents their final conclusions.
Rising prices of nickel and molybdenum in the recent past years have led to unprecedented interest in substituting leaner-content alloys for standard 300-series austenitic stainless steels in many applications. Due to the price volatility of various alloying elements, many new materials have entered the market, yet no direct comparison of corrosion resistance of these new materials exists. In this project, comparative investigations were carried out and in each case one or several representatives of a material group were taken into account. The material groups covered were: lean duplex stainless steels, manganese alloyed austenitic and duplex stainless steels and ferritic stainless steels. In addition to electrochemical investigations, all materials were exposed to various atmospheric conditions in different surface states.
Auf dem Gebiet des mechanischen Fügens ist eine rege Entwicklung zu verzeichnen. Der Einsatz neuer Materialien, neuer Nietformen, neuer Schutzschichten, veränderter Fertigungstechnologien, die Notwendigkeit zur Mischbauweise, veränderte mediale Belastungen, geforderte Langzeitgarantien usw. lassen vielfältige alte und neue Fragen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit auftreten. Herkömmliche Korrosionsprüfverfahren geben oft nur unzureichende Antworten auf diese Fragen. Mit dem Einsatz des elektrochemischen Rauschens ist es möglich, in kurzer Zeit aussagekräftige Ergebnisse über Material- und Bauteileigenschaften zu erhalten, da eine Metalloberfläche ständig Signale über ihren Zustand aussendet, auch wenn man nicht misst. Neben der Möglichkeit, die Korrosionsneigung zu bestimmen, lassen sich über die Rauschmessungen auch bestimmte Verarbeitungsfehler und Oberflächendefekte nachweisen. Die Anwendung dieser Methode bietet somit Möglichkeiten zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung mechanisch gefügter Bauteile, oder auch zur Einschätzung bestehender Fügeverbindungen.
Translated Abstract
Application of noise measurement for the early detection of corrosion property of mechanical joined metal sheets
In the area of mechanical joining an active development is to be registered. The use of new materials, new rivet forms, new protective layers, changed production technologies, use of mixed materials, changed medial loads, demanded long-term guarantees etc. let arise various old and new questions regarding the corrosion resistance. Conventional corrosion testing methods often give only insufficient answers to these questions. With the use of the electrochemical noise it is possible to receive meaningful results over material and construction characteristics within a short time since a metal surface constantly sends signals over its condition, even if one does not measure. Apart from the possibility of determining the probability of corrosion also certain processing errors and surface defects can be proven with noise measurements. Thus the application of this method offers possibilities for the process optimization and quality assurance of mechanically joined construction units, or also for the estimation of existing joining connections.
Korrosions- und Verbundverhalten verzinkter Betonstähle in Betonen mit chromatreduzierten Zementen
(2010)
Die Potentialfeldmessung ist ein Standardverfahren zur Zustandserfassung von Stahlbetonbauwerken. Sie dient der zerstörungsfreien Detektion von aktiv korrodierenden Bereichen. Die Aussagegenauigkeit der Potentialfeldmessung ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung, da deren Messergebnisse eine wichtige Entscheidungsgrundlage für die Erarbeitung von Instandsetzungsmaßnahmen bilden. Zur Ermittlung der Aussagegenauigkeit der Potentialfeldmessung wird ein numerisches Verfahren vorgestellt. Die wichtigsten Einflussgrößen auf die Potentialfeldmessung wie Anodengröße, Elektrolytwiderstand und Messraster wurden im Hinblick auf die Aussagegenauigkeit ausgewertet.
Validierung zerstörungsfreier Messmethoden zur zuverlässigen Erfassung von Bewehrungskorrosion
(2011)
Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in ein Konzept zur Durchführung und Auswertung der Potentialfeld- und Polarisationsmessung eingegangen, um den Ingenieuren in der Praxis ein effizienten Werkzeug zur zerstörungsfreien Erfassung des Korrosionszustandes anzubieten. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Forschungsprojekt zum Korrosionsverhalten von Edelstählen - BAM und VSM mit neuen Erkenntnissen
(2019)
Wie kann man verhindern, dass Edelstahl korrodiert? Und welchen Einfluss haben Kornarten und Körnungen von Schleifmitteln auf das Korrosionsverhalten? Diesen Fragen ist die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit Unterstützung der VSM AG zwei Jahre lang auf den Grund gegangen. Heute wurden im VSM Technical Center am Hauptsitz von VSM in Hannover die Ergebnisse vorgestellt. Die zentralen Erkenntnisse: Kornarten und Zusätze im Schleifmittel haben keinen Einfluss auf die Korrosion. Aber: Je feiner die Oberfläche geschliffen ist, desto besser ist der Korrosionsschutz. Dabei ist das Einhalten der Schleiffolge besonders wichtig.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter un-günstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deck-schicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbe-dingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanie-rungsmaßnahmen sind frühzeitige und weitgehend zerstörungsfrei ermittelte Informationen über das aktuelle Korrosionsverhalten der Stahlbewehrung von großer Bedeutung. Die Potentialfeld-messung ist ein etabliertes und weit verbreitetes Verfahren zur Beurteilung des Korrosionszu-standes der Bewehrung in Stahlbetonbauwerken. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bereiche aktiv korrodierender Bewehrung zerstörungsfrei lokalisiert werden. In der Regel kommt diese Messmethode bei der Detektion chloridinduzierter Korrosion zum Einsatz.
Bei der Planung und Gestaltung von Konstruktionen spielt der Korrosionsschutz und eine korrosionsschutzgerechte Bauweise eine zentrale Rolle. In einigen Fällen jedoch kann es durch bestimmte Randbedingungen und Eigenschaftsanforderungen an Komponenten und Bauteilen zur Ausbildung von galvanischer Korrosion durch Korrosionselemente kommen. Eine sehr häufig auftretende Form der galvanischen Korrosion ist die Bimetallkorrosion, bei der das Korrosionselement durch die Kombination verschiedener metallener Werkstoffe gebildet wird. Unter bestimmten Einsatzbe¬dingun¬gen kann ein solches Korrosionselement zu einem signifikant erhöhten Korrosionsabtrag führen und damit die technische Sicherheit gefährden. Trotz dem Vorhandensein solcher Korrosionselemente (z.B. Mischbauweise bei Konstruktionen) lässt sich das Risiko für galvanische Korrosion durch entsprechende Planung und konstruktive Gestaltung aber auch minimieren. Die Grundlagen der galvanischen Korrosion und Einflussgrößen vor allem auf die Bimetallkorrosion werden dargestellt und deren praktische Bedeutung anhand von Beispielen verdeutlicht.
Risiko der Wasserstoffentwicklung an martensitischen Schraubankern unter baupraktischen Bedingungen
(2020)
Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob unter praxisrelevanten Bedingungen die Entstehung von Wasserstoff an vollmartensitischen Schraubankern möglich ist. Im Gegensatz zu austenitischen Werkstoffen besteht bei martensitischen Werkstoffen bei Gegenwart von Wasserstoff stets die Möglichkeit einer wasserstoffinduzierten Versprödung des Materials. Hierfür wurde ein in der Praxis häufig anzutreffendes Szenario gewählt, das ein galvanisches Element, bestehend aus nichtrostenden Schraubankern (in diesem Fall martensitischen) und einer verzinkten Ankerplatte an einem Betonkörper, umfasst. Zum Nachweis einer Wasserstoffentwicklung werden der Elementstrom zwischen den Bauteilen sowie das Korrosionspotential erfasst. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass über eine zeitlich begrenzte Dauer eine starke kathodische Polarisation der martensitischen Schraubanker durch die korrosive Auflösung des Zinks erfolgt. Als Folge kommt es zur Wasserzersetzung im Phasengrenzbereich der Schraubanker und zur Entstehung von atomarem Wasserstoff. Das berechnete Gasvolumen des entstandenen Wasserstoffs an den Stahlankern wurde bestimmt und lag im Mittel bei 11,14 ± 1,94 ml. Eine Diffusion des an der Stahloberfläche adsorbierten Wasserstoffs in den martensitischen Werkstoff ist somit theoretisch möglich und impliziert eine mögliche Gefährdung durch wasserstoffinduzierte Rissbildung und spontanes Versagen unter Belastung.
Durch eine breite Beteiligung von Schleifmittelherstellern, -anwendern und wissenschaftlichen Einrichtungen im projektbegleitenden Ausschuss (PA) konnte der vielschichtige Themenkomplex „Schleifen“ im Kontext zu den Projektzielen umfassend untersucht werden. Es wurden praxisrelevante Parameterfelder definiert, die eine erfolgreiche Aufklärung der Projektfragestellung ermöglichten.
Im Zuge der Untersuchungen wurde ein signifikanter Einfluss beim Einsatz von Granulatschleifbändern auf das Korrosionsverhalten geschliffener Oberflächen festgestellt. Damit zeigten geschliffene Oberflächen regelmäßig eine schlechtere Korrosionsbeständigkeit als Oberflächen, die mit sonst gleichen Parametern mit einlagig gestreuten Bändern bearbeitet wurden.
Die durch einige Untersuchungsergebnisse aus vorangegangenen AiF-Vorhaben ursprünglich verfolgte These, dass Unterschiede in der Korrosionsbeständigkeit auf die Kornart der Schleifmittel Korund bzw. SiC zurückzuführen ist, konnte nur bedingt bestätigt werden. Bei den systematischen Untersuchungen innerhalb dieses Projektes erwies sich der Einfluss der Kornart im Vergleich zum Einfluss des Schleifbandtyps (Granulat bzw. einlagig gestreutes Korn) als weniger relevant.
Durch weiterführende Untersuchungen konnten auf Oberflächen, die mit Granulatschleifbändern bearbeitet wurden, große Materialaufplattungen aus Eigenmaterial festgestellt werden. Das Eigenmaterial wird dabei im Schleifprozess zunächst abgetragen und aufgrund der Topografie des Schleifbandes zeitweise auf den Bändern festgehalten. Später lösen sich diese Materialanhäufungen vom Band ab und können prozessbedingt durch Wärme- und Krafteinwirkung auf den bearbeiteten Oberflächen aufgeplattet werden. Durch REM und KorroPad Untersuchungen ließen sich Bereiche mit solchen Eigenmaterialaufplattungen eindeutig als wesentliche Ausgangspunkte für Korrosionsprozesse identifizieren. Das aufgeplattete Material ist stark verformt, thermisch beeinflusst und bildet eine Spaltgeometrie zur Bauteiloberfläche aus. Diese Veränderungen führen zur Störung der Passivschichtausbildung in diesen Bereichen und verursachen damit eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit der Oberflächen.
Durch gezielte Nachbearbeitungsprozesse ist es möglich, die Eigenmaterialaufplattungen von den Oberflächen zu entfernen. Im Rahmen des Vorhabens wurde dazu eine Nachbearbeitung mittels Schleifvlies geprüft, die zu einer Entfernung der Eigenmaterialaufplattungen und damit zu einer Wiederherstellung der erwarteten Korrosionsbeständigkeit führte. Wird der Endschliff von Oberflächen mit einlagig gestreutem Korn ausgeführt, sind ebenfalls keine korrosionsrelevanten Materialaufplattungen zu erwarten.
Die in einem vorhergehenden AiF Vorhaben IGF 17136 N/1 entwickelte Methode der KorroPad-Prüfung konnte auch hier erfolgreich für die Untersuchung der Auswirkung unterschiedlicher Prozessparameter auf die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen eingesetzt werden. Zudem erwies sich das EPR-SL-Verfahren als ein weiterer Ansatz, um die Passivschichtstabilität verschieden geschliffener Oberflächen vergleichend untersuchen zu können.
Mit den nun vorliegenden Erkenntnissen können kmU künftig durch Anpassungen und Optimierung von Schleifprozessen eine gute Korrosionsbeständigkeit der bearbeiteten Oberflächen sicherstellen. Die Optimierung der Prozessparameter und -schritte kann durch den Einsatz der KorroPad-Prüfung Inhouse erfolgen und somit die laufende Fertigung im Rahmen der Qualitätsprüfung überwacht und dokumentiert werden.
Recent progress in the qualification of materials used in geothermal energy conversion systems
(2010)
Agar gel pads have been used for electrochemical measurements for some time. For zinc in particular, a standard method for measuring the stability of the corrosion product layer is being established. The main interpretation factor is the corrosion product layer resistance RL, as it is easy to determine and interpret. A high corrosion product layer resistance indicates a high level of protection. However, it is not yet known how low the corrosion product layer resistance is for freshly produced zinc samples. As zinc is highly active, it reacts immediately with the environment to form a corrosion product layer, which affects the corrosion product layer resistance. The addition of zinc acetate to the agar gel pads prevents the formation of a surface layer and destroys existing ones.
This makes it possible to measure an almost corrosion product-free zinc surface. This is important in defining the range of corrosion product layer resistance for a protective surface.