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Organisationseinheit der BAM
Zur Untersuchung der Initiierungsvorgänge und dem Wachstumsverhalten lokaler Korrosionskeime auf nichtrostenden Stählen wurde eine neue elektrochemisch-mikroskopische Messmethode entwickelt. Bei dieser Messmethode wird durch Einsatz eines Echtfarben- Konfokalmikroskops mit Immersionsobjektiv das empfindliche elektrochemische Rauschmessverfahren um eine bildgebende Messkomponente erweitert. Ziel dieser Untersuchung war es, diskrete Rauschmesssignale visuell detektierbaren Korrosionserscheinungen auf der Stahloberfläche nahezu in Echtzeit zuzuordnen. Auf Grund der notwendigen Anforderungen an einen in situ Messaufbau wurde im Rahmen dieser Untersuchung ein neuartiges selbstklebendes Folienelektrodensystem, bestehend aus Gegen- und Bezugselektrode, entwickelt, das für die in situ Messung zum Einsatz kam. Die in situ Untersuchungen wurden an dem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl 1.4301 durchgeführt. Als Ergebnis der Experimente konnten Stromtransienten im nA- bis μA-Bereich messtechnisch erfasst werden und mikroskopisch kleinen Korrosionskeimen, die sowohl stabil wie auch metastabil auf der Stahloberfläche auftraten, diskret und zeitnah zugeordnet werden. Weiterhin konnten mit Hilfe der Konfokaltechnik die Volumina und die Mantelflächen der einzelnen Lochdefekte ermittelt werden, sodass durch Auswertung und Kombination der elektrochemischen und mikroskopischen Messergebnisse erstmalig die Korrosionsstromdichte bestimmt werden konnte, die bei der Initiierung der lokalen Lochkeime aufgetreten ist. Damit konnte die Funktionalität und die hohe Empfindlichkeit des elektrochemisch-mikroskopischen Messverfahrens im Rahmen dieser Untersuchung erfolgreich verifiziert 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.
Durch die Absenkung des Chromatgehaltes der Zemente verändern sich die elektrochemischen Reaktionen von verzinkten Betonstählen in der Frischbetonphase. Mit Hilfe von elektrochemischen Messungen sowie Stabauszugsversuchen wurde an chromathaltigen und chromatreduzierten Zementen die Auswirkung des Chromats auf die Deckschichtbildung am Zink und auf das Verbundverhalten untersucht. Mit den Ergebnissen konnte eine Beeinträchtigung der Verbundzone als Folge der Chromatreduzierung für die Zementarten CEM I und CEM II nachgewiesen werden. Die Störung der Verbundzone ist in Bezug auf die sich ausbildende Porenstruktur als dauerhaft anzusehen. Die Auswirkungen auf das Verbundverhalten werden mit zunehmendem Betonalter weitgehend kompensiert. Die Ergebnisse der bezogenen Verbundspannung bei Verschiebewegen von 0,1 mm und 0,5 mm liegen trotz der Gefügestörung noch im Bereich der Erwartungswerte für den unverzinkten Betonstahl. Unter baupraktischen Gesichtspunkten muss die auftretende Gefügestörung hinsichtlich der Verbundspannung daher keine Berücksichtigung finden.
Brückenbauwerke, die im Spannblockverfahren hergestellt wurden, können bauartbedingt wasserstoffinduzierte Spannungsrisse über den gesamten Querschnitt eines Spannkanals aufweisen. Das Risswachstum kann infolge dynamischer Beanspruchung über die Nutzungsdauer fortschreiten und zu Spanndrahtbrüchen führen.
Carbon-based conductive coatings are complex composites, consisting of an organic or inorganic binder and conductive carbon components, for application as anodes in impressed current cathodic protection systems of reinforced concrete structures. The electrochemical properties of three coatings at different humidity and in saturated calcium hydroxide solution were studied by electrochemical methods, such as electrochemical impedance measurement, measuring of open circuit potential over time and galvanostatic polarization.
Steel in concrete is protected by the alkaline pore water environment and the resulting formation of a protective passive layer against corrosion. Adverse environmental conditions due to carbonation or chloride ingress can destroy the passive layer on the steel surface. Corrosion processes starting in those areas lead to uniform corrosion or local corrosion like pitting corrosion. In comparison to uniform corrosion pitting corrosion is a form of increased local corrosion and thus leads to a progressive reduction in cross-section of the reinforcing steel. The corrosion products are first absorbed by the pores of the concrete matrix, without causing visible external changes at the concrete surface.
Carbon‐based conductive coatings are complex composites, consisting of an organic or inorganic binder and conductive carbon components, for application as anodes in impressed current cathodic protection systems of reinforced concrete structures. The electrochemical properties of three coatings at different humidity and in saturated calcium hydroxide solution were studied by electrochemical methods, such as electrochemical impedance measurement, measuring of open circuit potential over time and galvanostatic polarization. The dissolved organic and inorganic carbons in electrolyte solution were quantified by using a photometric method. The structures of the coatings were investigated before and after the electrochemical tests by microscopy and scanning electron microscope/EDX analysis. The results of the electrochemical impedance measurements show that the tested coatings all have a relatively low resistance, which is between 100 and 200V. The binder and the surface porosity influence the degradation behavior of those coatings. Especially the organic binder reacts with the strong alkaline medium under dissolving of organic carbon.
Korrosions- und Verbundverhalten verzinkter Betonstähle in Betonen mit chromatreduzierten Zementen
(2010)
DGZfP - Merkblatt elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion
(2011)
Im DGZfP- Fachausschuss für zerstörungsfreie Prüfling im Bauwesen - Unterausschuss Korrosionsnachweis bei Stahlbeton haben sich die Universitäten München, Aachen, Stuttgart und Braunschweig sowie die BAM Berlin an der Überarbeitung des Merkblatts B 3: „Elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion“ beteiligt. Das Merkblatt wurde komplett überarbeitet und bietet jetzt umfangreichere Hinweise zur Durchführung der Messungen und deren Auswertung. Wesentlich stärker als zuvor geht das Merkblatt auf mögliche Einflüsse und Fehlerquellen sowie die für eine Interpretation der Daten notwendigen begleitenden Bauwerksuntersuchungen ein. Die nachfolgenden Ausführungen greifen einige wesentliche Aspekte in enger Anlehnung an die Ausführungen des Merkblatts B3 auf. Das vollständige Merkblatt ist über die DGZfP e.V. online zu beziehen.
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.
In civil engineering, the corrosion of steel reinforcements in structural elements of concrete bares a risk of stability-reduction, mainly caused by the exposure to chlorides. 3D computed tomography (CT) reveals the inner structure of concrete and allows one to investigate the corrosion with non-destructive testing methods. To carry out such investigations, specimens with a large artificial crack and an embedded steel rebar have been manufactured. 3D CT images of those specimens were acquired in the original state. Subsequently three cycles of electrochemical pre-damaging together with CT imaging were applied. These time series have been evaluated by means of image processing algorithms to segment and quantify the corrosion products. Visualization of the results supports the understanding of how corrosion propagates into cracks and pores. Furthermore, pitting of structural elements can be seen without dismantling. In this work, several image processing and visualization techniques are presented that have turned out to be particularly effective for the visualization and segmentation of corrosion products. Their combination to a workflow for corrosion analysis is the main contribution of this work.
This paper describes the fibre-reinforced strain hardening cement-based composite (SHCC) performance under various exposure conditions. Cracked and uncracked SHCC beam specimens were subjected to cyclic wetting and drying under chloride exposure to observe the time of depassivation and corrosion potential of the imbedded reinforcement. Two reference mortars, one of the same strength class as the SHCC (Mortar 1) and the other of high strength class (Mortar 2) were used under the same conditions. Finally, tests for determining the rapid chloride migration coefficient, electrical resistivity, capillary water absorption and freezethaw were also performed to observe the corrosion probability and diffusion rate in uncracked SHCC and mortars.
Durch die Alkalität des Betons wird Betonstahl dauerhaft vor Korrosion geschützt. Infolge von Chlorideintrag kann dieser Schutz nicht länger aufrechterhalten werden und führt zu Lochkorrosion. Die zerstörungsfreie Prüfung von Stahlbetonproben mit 3D-CT bietet die Möglichkeit, eine Probe mehrfach gezielt vorzuschädigen und den Korrosionsfortschritt zu untersuchen. Zur Quanti-fizierung des Schädigungsgrades müssen die bei dieser Untersuchung anfallenden großen Bilddaten mit Bildverarbeitungsmethoden ausgewertet werden. Ein wesent-licher Schritt dabei ist die Segmentierung der Bilddaten, bei der zwischen Kor-rosionsprodukt (Rost), Betonstahl (BSt), Beton, Rissen, Poren und Umgebung unterschieden werden muss. Diese Segmentierung bildet die Grundlage für sta-tistische Untersuchungen des Schädigungsfortschritts. Hierbei sind die Änderung der BSt-Geometrie, die Zunahme von Korrosionsprodukten und deren Veränderung über die Zeit sowie ihrer räumlichen Verteilung in der Probe von Interesse. Auf-grund der Größe der CT-Bilddaten ist eine manuelle Segmentierung nicht durch-führbar, so dass automatische Verfahren unabdingbar sind. Dabei ist insbesondere die Segmentierung der Korrosionsprodukte in den Bilddaten ein schwieriges Problem. Allein aufgrund der Grauwerte ist eine Zuordnung nahezu unmöglich, denn die Grauwerte von Beton und Korrosionsprodukt unterscheiden sich kaum. Eine formbasierte Suche ist nicht offensichtlich, da die Korrosionsprodukte in Beton diffuse Formen haben.
Allerdings lässt sich Vorwissen über die Ausbreitung der Korrosionsprodukte nutzen. Sie bilden sich in räumlicher Nähe des BSt (in Bereichen vorheriger Volumenabnahme des BSt), entlang von Rissen sowie in Porenräumen, die direkt am BSt und in dessen Nahbereich liegen. Davon ausgehend wird vor der Korrosionsprodukterkennung zunächst eine BSt-Volumen-, Riss- und Porenerken-nung durchgeführt. Dieser in der Arbeit näher beschriebene Schritt erlaubt es, halb-automatisch Startpunkte (Seed Points) für die Korrosionsprodukterkennung zu finden. Weiterhin werden verschiedene in der Bildverarbeitung bekannte Algorithmen auf ihre Eignung untersucht werden.
Durch das alkalische Porenwassermilieu ist Stahl im Beton vor Korrosion geschützt. Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (Karbonatisierung, Chlorideintrag) kann die passive Deckschicht auf der Stahloberfläche zerstört werden. Im weiteren Verlauf können sich korrosionsbedingte Folgeschäden, wie Risse und Abplatzungen am Bauwerk ergeben. Um notwendige Sanierungsmaßnahmen 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.