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The paper presents the damage model of German Research Unit 537 which was used as a working hypothesis for the development of a user-friendly design model. Excerpts from the laboratory experiments and numerical calculations processed in project A of the research unit are presented here. The excerpts include the quantification of self-corrosion, geometrical effects in the macrocell corrosion, development of corroding steel surface and pit depth as well as the quantification of the resistivity of the concrete and the corrosion of steel in cracked concrete.
Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken sind einer der wichtigsten Ansprüche bei der Bemessung von Gebäuden. Normen und Vorschriften beinhalten nur allgemeine Anforderungen an Betonqualität und Betondeckung. In besonders kritischen Fällen, beispielsweise dem Eindringen von Chloriden ist die Applikation von Beschichtungen häufig die einzige Möglichkeit die Bewehrung effektiv vor der Initiierung der Korrosion zu schützen. Im Fall der Depassivierung der Bewehrung ist die Modellierung der Korrosion eine geeignete Methode um eine Lebensdauerbemessung zu gewährleisten. In der Praxis wird die Bewehrung lokal durch in den Beton eingedrungene Chloride depassiviert und es bilden sich an dieser Stelle eng begrenzte, loch und muldenartige anodische Bereiche aus, die kathodischen Bereichen gegenüber stehen. Nach einer Zeit tritt an der Anode ein signifikanter Massenverlust auf, der aufgrund einer anodischen Eisenauflösung infolge eines Stromflusses zwischen anodischen und kathodischen Bereichen verursacht wird. Dabei kann das Flächenverhältnis zwischen anodischen und kathodischen Bereichen in einer Größenordnung von mehreren Dekaden schwanken und wird als Makroelementkorrosion bezeichnet. Die realen Massenverluste, die in der Praxis vorgefunden werden, liegen allerdings of bedeutend höher. Dieser zusätzliche Anteil an Korrosionsabtrag, der nicht auf Makroelementkorrosion zurückzuführen ist, wird als Eigenkorrosion bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine zusätzliche Eisenauflösung auf der Anode, die durch die Hydrolyse in den Löchern verursacht wird. Dieser Eigenkorrosionsanteil muss daher bei der Lebensdauerbemessung eines Bauwerkes berücksichtigt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Entwicklung der Eigenkorrosion, sowie die Entwicklung der anodischen Bereiche mit Hilfe elektrochemischer Parameter, Massenverluste und der Computertomografie zu beschreiben. Die elektrochemischen Parameter wurden dabei mit üblichen elektrochemischen Methoden aufgezeichnet und in Abhängigkeit von verschiedenen Betonparametern und Klimaten aufgetragen. Abschließend wird die Entwicklung der Eigenkorrosion in Abhängigkeit der verschiedenen Parameter in dieser Arbeit gezeigt und diskutiert.
Corrosion of steel reinforcement in concrete exposed to chloride containing environments is a serious problem in civil engineering practice. Electrochemical methods, e.g., potential mapping, provide information whether the steel reinforcement is still passive or depassivation has been initiated. By applying such techniques no information on the type of corrosion, its extent and distribution of corrosion products is available. Particular the corrosion progress is a significant problem. Especially in the case of macrocell corrosion in reinforced concrete structures, the development at the anode cannot be separated into corrosion damage resulting from macrocell corrosion or self-corrosion. Until now also in laboratory tests it is impossible to collect such information without destroying specimens after electrochemical testing was performed. To overcome this problem it was tried to study the steel surface within the mortar specimens by X-ray tomography (CT). Within the scope of these investigations it could be shown, that X-ray tomography is suitable to make corrosion pits and their development visible which are embedded in a mortar with a cover thickness of about 35 mm. In this publication the time-dependent corrosion damage of reinforced steel is documented by X-ray tomography.
Zwei Bildhauermodelle aus dem Georg-Kolbe-Museum Berlin standen
zur Restaurierung an. Das kleinere, "Lucino" (1920), 41cm, wurde hochauflösend
mit CT gemessen, da mittels CT sowohl der Herstellungsprozeß einer Gipsstatue
als auch der innere Zustand, wie Ergänzungen, Klebungen und Armierungen,
festgestellt werden können. Aus den CT Bildern ergab sich eine für die vorher vermutete
Gipszusammensetzung ungewöhnliche innere Struktur. Mit einer Freihand
bedienten Röntgenpistole zur Messung der Röntgenfluoreszenz wurde daraufhin die
Zusammensetzung des Materials der Statuette als Terracotta bestimmt. Durch den
Einsatz von Helium als Spülmittel konnten auch leichte Materialien nachgewiesen
und so eine Unterscheidung zwischen Gips und gebranntem Ton durchgeführt werden.
Aus den CT Daten wurde eine virtuelle Darstellung der äußeren Geometrie gewonnen.
Ein damit versuchsweise erstelltes Replik (Rapid Prototyping, 3D-Drucker,
TU-Berlin) entsprach nicht den Anforderungen des Museums zur Erstellung einer
Gußform für eine Bronzekleinserie der Statuette.
Die zweite Statue, die "Große Nacht" (1930) ist mit ihrer Größe von 2,12m und aufgrund
des durch korrodierende Metallarmierung verursachten Schadensbildes nicht
mehr transportfähig. Eine in-situ Untersuchung mit dem mobilen Tomographen, der
in den 1980ern zur Untersuchung von Bäumen gebaut und jetzt mit einem modernen
Flachdetektor und einer Röntgenröhre ausgestattet ist, wird vorgestellt. Die Möglichkeiten
der in-situ CT für große Skulpturen werden anhand der Ergebnisse diskutiert.
Investigations of corrosion on small cathodes in reinforced concrete - observations and suggestions
(2009)
Investigations of corrosion on small cathodes in reinforced concrete - observations and suggestions
(2009)
Corrosion of steel reinforcement in concrete exposed to chloride containing environments is a serious
problem in civil engineering practice. The standards and guidelines contain only minimum
requirements regarding concrete quality and concrete cover. In very critical cases, for example the
ingress of chlorides, the application of different coatings is currently the only possibility to protect the
reinforced concrete structures. In this case the modelling of reinforcement corrosion would be more
practical. One sub-project of a DFG-research project (FOR 537) is currently performed at the Federal
Institute for Materials Research and Testing (BAM). Aim of the sub-project is the description of
corrosion propagation and the characterization of the corrosion on specimens with small cathodes by
electrochemical parameters. The electrochemical parameters are determined by suitable
electrochemical measurements, considering concrete parameters as well as different environmental
conditions.