Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Vortrag (261)
- Zeitschriftenartikel (75)
- Beitrag zu einem Tagungsband (38)
- Beitrag zu einem Sammelband (16)
- Sonstiges (14)
- Posterpräsentation (14)
- Forschungsbericht (14)
- Buchkapitel (3)
- Tagungsband (Herausgeberschaft für den kompletten Band) (3)
- Dissertation (3)
Sprache
- Deutsch (393)
- Englisch (43)
- Mehrsprachig (5)
- Polnisch (1)
- Spanisch (1)
Schlagworte
- Korrosion (443) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
- 7 Bauwerkssicherheit (257)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (255)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (7)
- 4 Material und Umwelt (6)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (6)
- 6 Materialchemie (4)
- 5 Werkstofftechnik (3)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (3)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (3)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (2)
Das Projekt befasst sich mit einem neuen Ansatz, den pH-Wert im Beton zu bestimmen.
Der pH-Wert ist vor allem für Stahlbeton-Bauwerke von Bedeutung, da dieser maßgeblich die Korrosion des Stahls beeinflusst. Im frischen Beton liegt der pH-Wert im basischen Bereich.
Der Stahl ist in diesem Bereich passiviert, also vor schädlicher Korrosion geschützt. Durch die sogenannte Karbonatisierung sinkt der pH-Wert und die Korrosionswahrscheinlichkeit steigt deutlich an. Die Stabilität von Bauwerken in denen Stahlbeton verbaut ist, wird durch diese Korrosion langfristig beeinträchtigt. Allein in deutscher Infrastruktur rechnet man mit circa 5 Milliarden Euro Schaden jährlich.
Die entwickelte Methode verwendet Sonden, welche die Korrosion Monitoren sollen. Im Sondeninneren befindet sich eine Schicht pH-Indikator (Thymolblau) und eine Schicht mit Quantenpunkten. Die Quantenpunkte fluoreszieren, nach Anregung durch zum Beispiel einen Laser, bei circa 440 nm (blau) beziehungsweise 610 nm (gelb-orange). Das Thymolblau ist im basischen Milieu (pH > 9,6) blau, im neutralen Milieu (um pH 7) gelb-orange. Der Indikator wirkt wie ein Farbfilter und lässt, je nach pH-Wert, unterschiedliche Wellenlängen zur Glasfaser durch. Aus der gemessenen Intensität bei 440 nm und 610 nm kann ein Verhältnis ermittelt werden. Dieses Verhältnis lässt erkennen, welchen pH-Wert das Milieu besitzt, in dem sich die Sonde befindet.
Die entwickelte Methodik ist zerstörungsfrei, das heißt kein Material muss aus den Bauwerken entnommen werden. Vielmehr sollen die Sonden beim Betonieren in das Bauwerk eingebettet werden. Über Glasfasern können die Sonden jederzeit angesprochen werden. Dies ermöglicht permanentes pH-Monitoring, was die Früherkennung von Korrosionsgefahr verbessert und die Sanierungskosten verringert.
Die Sicherheit von Radsatzwellen beruht gegenwärtig auf zwei Säulen: der Schwingfestigkeitsauslegung und periodischen Inspektionen. Ausgehend von einem Schadensfall, der gebrochenen ICE 3-Welle von Köln, 2008, werden ausgewählte Aspekte dieser beiden Säulen diskutiert und Vorschläge zur weiteren Verbesserung gemacht. Diese betreffen u. a. Fragen einer Betriebszeitbegrenzung, Veränderungen der Schwingfestigkeit während des Betriebs infolge von Korrosion und Steinschlag, den Einfluss von Korrosion auf Schwingrissinitiierung und -fortschritt, den potenziellen Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die Schwingfestigkeit, die Möglichkeiten, sie im Rahmen der Qualitätssicherung zu detektieren, sowie Fragen der Bruchmechanik und der Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Schwingriss-Prüfverfahren im Rahmen eines Konzepts regelmäßiger Inspektionen.
Die Sicherheit von Radsatzwellen beruht gegenwärtig auf zwei Säulen: der Schwingfestigkeitsauslegung und periodischen Inspektionen. Ausgehend von einem Schadensfall, der gebrochenen ICE 3-Welle von Köln, 2008, sollen ausgewählte Aspekte beider Säulen diskutiert und Vorschläge zur weiteren Verbesserung gemacht werden. Diese betreffen u.a. Fragen einer Betriebszeitbegrenzung, Veränderungen der Schwingfestigkeit während des Betriebs infolge von Korrosion und Steinschlag, den Einfluss von Korrosion auf Schwingrissinitiierung und -fortschritt, den potentiellen Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die Schwingfestigkeit, die Möglichkeiten sie im Rahmen der Qualitätssicherung zu detektieren sowie Fragen der Bruchmechanik und der Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Schwingriss-Prüfverfahren im Rahmen eines Konzepts regelmäßiger Inspektionen.
In Berührung mit Gips waren Blei, Aluminium und die Aluminiumlegierung AlMg genügend beständig, trotzdem versagte der galvanische Bleiüberzug als Schutz von Stahl, da der Überzug zu dünn und porenhaltig war, so daß die Korrosion durch Elementbildung Blei/Stahl nur gefördert wurde.
Stahl und Zink werden von Gips stark angegriffen. Dementsprechend ist von Zinküberzügen auch nur solange eine Rostverhinderung zu erwarten, bis der Überzug aufgebraucht ist. Diese Schutzwirkung ist unabhängig von der Art des Aufbringens der Überzüge; sie gilt also sowohl für Zinküberzüge nach dem Schmelztauchverfahren als auch für solche nach Spritz- bzw. galvanischen Verfahren. Durch das Phosphatieren wurde der Angriff von Gips auf Zink nur verzögert, während schon durch Phosphatieren und Ölen ein beachtenswerter Schutz erreicht wurde. Besonders zweckmäßig erwies sich auch das Chromatieren von galvanisch verzinkten Stahlblechen, die nach 12monatiger Beanspruchung noch eine gute Schutzwirkung aufwiesen.
Als Schutz gegen die Einwirkung von Gips haben sich ferner Anstriche bewährt, von denen Chlorkautschuk-, Alkydharz-, Rostschutzmennige-, Ölfarben- und Bitumenanstriche bereits auf den blanken Stahlblechen die Rostbildung verhinderten. Eine genügende Schutzwirkung war auch dann vorhanden, wenn der Deckanstrich beschädigt war. Rost wurde nur nach 50monatiger Versuchsdauer bei der Probe mit dem Chlorkautschukanstrich festgestellt.
Im Verhalten der verschiedenartigen Werkstoffe in Berührung mit Gips einerseits und Gipssandmörtel andererseits konnten keine merklichen Unterschiede festgestellt werden. Das für Gips beschriebene Verhalten gilt demnach auch für das Verhalten der Proben in Gipssandmörtel.
Von Kalkmörtel wurde Stahl nur verhältnismäßig wenig angegriffen. Noch günstiger verhielten sich Zink und Blei, während auf Aluminium und der Aluminiumlegierung AlMg starke, gleichmäßig ausgebildete Verkrustungen hervorgerufen wurden.
Die Rostbeständigkeit von Stahl konnte durch Phosphatieren, durch Feuerverzinken, durch galvanisches Verzinken und Chromatieren sowie durch Spritzverzinken noch wesentlich verbessert werden. Diese Proben blieben bis zur 12monatigen Versuchsdauer rostfrei. Nach 50monatiger Versuchsdauer versagte jedoch die Schutzwirkung der eingeölten Phosphatschicht auf Stahl.
Blanke Zinkbleche sowie solche, die phosphatiert bzw. phosphatiert und geölt waren, wurden 12 Monate lang nicht angegriffen. Erst dann konnten geringe Mengen von weißlichen Korrosionsprodukten aus Zinkverbindungen und eine leichte Verkrustung ihrer Oberflächen festgestellt werden.
Der galvanische Bleiüberzug auf Stahl hatte nur eine etwas verzögernde rostverhindernde Wirkung.
Als Rostschutz bewährten sich auch die bereits genannten Anstrichsysteme bis zu einer Versuchsdauer von 12 Monaten, dann traten insbesondere bei den nicht besonders vorbehandelten Stahlblechen Rosterscheinungen auf, die trotz Alkydharzlack und Bleimennigeanstrichs zu starken Zerstörungen der Oberfläche führten. Durch die Vorbehandlung vor dem Aufbringen der Anstriche durch Phosphatieren bzw. durch Reaktionsgrundierung konnte die Schutzwirkung auch bei diesen Anstrichen wesentlich verbessert werden.
Bei den Aluminiumproben wurden durch die Anstriche die Verkrustungen der Oberfläche verhindert.
Bei der Einwirkung von Kalkmörtel insbesondere auf die blanken Metalle konnte noch festgestellt werden, daß der Angriff an der Grenze Kalkmörtel/Luft begann. War die Einwirkung gering, so beschränkten sich die Veränderungen auf einen schmalen Streifen in dem Grenzgebiet. Mit fortschreitender Versuchsdauer breitete sich dieser Streifen, insbesondere bei Stahl, von der Oberfläche ausgehend gleichmäßig nach dem Inneren zu aus. Einzelheiten hierüber sind in der Tabelle aufgeführt. Auch an Lichtbildern kann das Fortschreiten des Angriffs mit der Zeitdauer deutlich verfolgt werden. Bei Kalkmörtel der verwendeten Mischung und Körnung ist somit damit zu rechnen, daß mit der Zeit Feuchtigkeit in die Grenzschicht zwischen Kalkmörtel und Metall eindringt. Zur Verhütung der Korrosion ist deshalb an den Übergangsstellen Kalkmörtel/Luft für eine dichte und sorgfältige Abdichtung zu sorgen.
Durch Zusatz des Frostschutzmittels wurde die angreifende Wirkung des Kalkmörtels deutlich erhöht. Diese wirkte sich besonders bei den reinen Metallen aus.
Im Beton verhielten sich im ungeschützten Zustand Stahl und Zink gut. Auf Aluminium und der Aluminiumlegierung AlMg wurden ähnlich wie in Kalkmörtel starke Verkrustungen festgestellt. Auf Blei bildete sich eine Schutzschicht. Nur am Übergang Beton/Luft konnte sich durch die speziellen Angriffsbedingungen die Schutzschicht nicht ausbilden, so daß hier die Oberfläche stärker angegriffen wurde.
Zinküberzüge, die nach den verschiedenen Verfahren aufgebracht worden waren, und die galvanische Verbleiung erwiesen sich als Schutz gegen die Einwirkung von Beton nicht als vorteilhaft. Dagegen trat bei den phosphatierten Stahlblechen kein Rost auf.
Durch das Phosphatieren von Zink wurde die Verkrustung begünstigt. Das Chromatieren bzw. Eloxieren von Aluminium und von der Aluminiumlegierung AlMg hatten auf die Verkrustung nur geringen Einfluß.
Durch die Anstriche konnte die Krustenbildung auf Aluminium und der Aluminiumlegierung weitgehend verhindert werden. Auf eloxiertem Untergrund bewährte sich hier besonders der Chlorkautschukanstrich.
Auch bei Beton wurde durch den Zusatz des Frostschutzmittels in den meisten Fällen der Angriff deutlich verstärkt. Ungünstig war die Wirkung vor allem dann, wenn statt des ebenmäßigen Angriffs die Korrosion punktförmig auftrat.
Die ungünstige Wirkung des Zusatzes von Frostschutzmitteln konnte weitestgehend durch Anstriche ausgeschaltet werden, wenn die Bleche durch Phosphatieren vorbehandelt bzw. eine Reaktionsgrundierung erfolgt war.
Besonders kraß machte sich die ungünstige Wirkung des Frostschutzmittelzusatzes bemerkbar bei den Stahlblechen, die verzinkt bzw. verbleit waren und auch bei den nicht vorbehandelten Blechen.
Während Stahl in Kalkmörtel und Beton im allgemeinen beständig ist, können bei Gegenwart von Feuchtigkeit, die durch ausgelaugte Stoffe aus den Baumaterialien alkalisch reagiert, Anstriche zerstört und anorganische Schutzschichten angegriffen werden. Die bei den Versuchen verwendeten Anstriche, insbesondere der Chlorkautschuk- und der Alkydharzanstrich, waren deshalb gewählt, weil sie eine gewisse Alkalibeständigkeit aufweisen. Diese Alkalibeständigkeit wurde durch die Versuche bestätigt. Der Rostschutzmennigeanstrich und die weiße Ölfarbe bewährten sich unter diesen Beanspruchungen nicht ganz so gut.
Aus den Untersuchungen folgt noch, daß die Stellen, an denen die Bleche aus dem Baustoff heraustreten, besonders korrosionsgefährdet sind. Von diesen Stellen aus kann die Korrosion nach dem Inneren des Bauwerkes hin vordringen. Außerdem wird die Korrosionsgefahr dann erhöht, wenn aus den Baustoffen alkalische Stoffe vollständig ausgelaugt werden, so daß bei erneutem Zutritt von Feuchtigkeit keine alkalische Wirkung und damit kein Schutz für Stahl vorhanden ist. Auch hierüber sind im Bericht Beispiele vorhanden.
Zusammenfassend folgt aus den Untersuchungen, daß Konstruktionen aus Stahl und anderen Metallen, die von Gips, Kalkmörtel oder Beton umgeben sind und teilweise aus den Baustoffen herausragen, durch metallische oder organische Überzüge mit genügender Sicherheit vor Korrosion geschützt werden können.
Das Gefährdungspotential von Rohrleitungen hängt primär von den Eigenschaften des durchfließenden Stoffes, den Betriebsbedingungen und den äußeren Beanspruchungen ab. Zu den Hauptschadensursachen an Rohrleitungen zählen Korrosion, Druckstöße und Kavitationsschläge, Zeitstandbeanspruchung, struktur- und fluidmechanische Schwingungen, Fremdberührungen, elektrische Fremdbeeinflussung und geologische Besonderheiten im Bereich des Rohrleitungsverlaufes.