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Um zu klären unter welchen Umständen eine Gefährdung von Spannstählen beim Kontakt mit verzinkten Bauteilen gegeben ist, wurden umfangreiche Laborversuche in alkalischen Lösungen und verschiedenen Betonen sowie Zeitstandversuche an Spannbetonprobekörpern durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Abstandsvariationen im Nahbereich nur einen geringen Einfluss auf die Polarisation des Stahles haben. Ein praxisrelevanter, unkritischer Abstand für den indirekten Kontakt des Spannstahls, z. B. über die Bewehrung, konnte daher nicht definiert werden. Aus den Versuchsreihen wurde deutlich, dass ein wesentlicher Einfluss durch das Flächenverhältnisses Stahl: Zink gegeben ist. Hier konnte eine praxisrelevante Grenze ermittelt werden. Danach führen Flächenverhältnisse größer 10 : 1 nicht zu einer Polarisation des Spannstahls in den Bereich der Wasserstoffentwicklung. Die im Labor gewonnen Ergebnisse konnten durch Untersuchungen zunächst an realen Betonfertigteilen, später auch an Spannbetonfertigteilen bei der Fa. Rekers verifiziert werden. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wurde für eine spezielle Spannbetonbinderausführung, bei der die Flächenverhältnisse in unkritischen Breichen lagen, für die Verwendung von verzinkten Einbau- teilen im indirekten Kontakt mit Spannstählen eine Zustimmung im Einzelfall gegeben. Während der Vorhabensbearbeitung wurde von den beteiligten Firmen eine weitere Problematik angesprochen. Dabei ging es um den Einsatz von verzinkten Einbauteilen in Spann- betonfertigteilen aus Stahlfaserbeton. Auch hier war die Frage, ob eine Gefährdung der Spannstähle durch indirekten Kontakt über die nicht verzinkten Stahlfasern möglich ist. Durch Untersuchungen an realen Fertigteilabschnitten bei den Firmen Rekers und Max Bögl konnte gezeigt werden, dass ein Kontakt über die Stahlfasern selbst über sehr kurze Entfernungen nicht vorliegt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden für derartige Fertigteile beim Deutschen Institut für Bautechnik entsprechende bauaufsichtliche Zulassungen unter Verwendung verzinkter Einbauteile beantragt. Um eine sichere Gefährdungsabschätzung bei indirektem Kontakt für Flächenverhältnisse vornehmen zu können, bei denen eine Polarisation der Spannstähle in den Bereich der Wasserstoffentwicklung erfolgt, wurden Zeitstandversuchsreihen unter Wasserstoffbeladung durchgeführt. Diese führten an zugelassenen Spannstählen nicht zu Brüchen während der Versuchszeit. Die anschließend ermittelten mechanischen Kennwerte zeigten keine signifikanten Änderungen. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen, die bezüglich der Bela- dungsmenge, der Beladungszeiten und der gewählten Vorspannung sehr konservativ ausgelegt wurden, ist ein indirekter Kontakt von Spannstählen zu verzinkten Einbauteilen als unkritisch zu bewerten. Eine entsprechende Änderung der Norm ist anzustreben. Aus grundsätzlichen Gründen der direkte Kontakt durch Einhaltung des in der DIN 1045-1 geforderten Mindestabstandes von 2 cm aber weiterhin sicher auszuschließen. Dies stellt für die Anwender aus praktischer Sicht kein Problem dar. Durch die in enger Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführten Forschungsarbeiten wird es den Anwendern ermöglicht, zukünftig verzinkte Einbauteile in Spannbetonfertigteilen einzusetzen. Teilweise konnte der Einsatz durch Zustimmungen im Einzelfall bzw. durch bauaufsichtliche Zulassungen bereits unmittelbar in der Praxis umgesetzt werden. Damit wurde das Ziel des Vorhabens erreicht.
Long-term experiences with cathodic corrosion protection of steel reinforced concrete structures
(2002)
Investigations on hydrogen-induced embrittlement of quenched and tempered prestressing steels
(2000)
In Germany in recent years failures of more than 30-year-old prestressed concrete structures have been observed. In all these cases a quenched and tempered steel type, strength class St. 1420/1570 was used. In order to assess the corrosion risk, i.e. crack initiation and propagation, under depassivating conditions lifetime tests in environments relevant for building practice were carried out using different prestressing steels of this quenched and tempered type of material.
From the results it can be concluded that the specific susceptibility of certain prestressing steels is the determining factor with respect to the occurrence of cracks rather than environmental factors.
Translated Abstract
Untersuchungen zum wasserstoffinduzierten Sprödbruch vergüteter Spannstähle
In den letzten Jahren ist es verschiedentlich zu Schadensfällen von Spannbetonbauteilen gekommen, bei denen vergüteter Spannstahl der Festigkeitsklasse St 1420/1570 eingesetzt war. Durch systematische Untersuchungen an verschiedenen Typen dieser Stahlsorte sollte geklärt werden, ob unter depassivierenden Bedingungen Rißeinleitung und -ausbreitung unter praxisnahen Verhältnissen zu erwarten ist.
Die durchgeführten Untersuchungen lassen folgern, daß die spezifische Anfälligkeit des Spannstahls für das Auftreten von Rissen einen wesentlich höheren Einfluß besitzt als die elektrolytseitigen Parameter, da sich die verschiedenen Stähle auch bei vergleichbaren Korrosionsangriffen unterschiedlich verhalten.
Im Rahmen einer Bauwerksuntersuchung an einer in nachträglicher Verbundbauweise hergestellten Brücke wurden Anrisse an Spannstählen der Quervorspannung festgestellt, ohne daß Verpreßmängel oder korrosionsfördernde Substanzen vorlagen. Bei dem verwendeten Werkstoff handelt es sich um einen in der ehemaligen DDR hergestellten vergüteten Stahl der Festigkeitsklasse St 140/160. Ursache für die Anrisse ist die in Laborversuchen nachgewiesene Empfindlichkeit dieses Stahles gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrißkorrosion, die unter ungünstigen Bedingungen dazu führen kann, daß Vorschädigungen vor dem Verpressen eintreten. Zusätzlich durchgeführte Magnetpulverprüfungen an ausgewählten Bereichen der Längsvorspannung ergaben keinerlei Hinweise auf Anrisse.
Translated Abstract
Stress corrosion cracking of prestressing steels
During the investigation of a post-tensioned bridge structure incipient cracks of the prestressing steels of the transverse prestressed members were observed. Defects related to non-injected ducts or the presence of corrosion inducing substances could not be detected. The prestressing steel used is a quenched and tempered steel, strength class St 140/160, which was produced in the former GDR. The cause for the cracks is the susceptibility of this type of steel to hydrogen-induced stress corrosion cracking as could be shown in laboratory tests. Under unfavourable conditions cracks can be initiated before grouting. Additional magnetic particle tests at selected areas of the longitudinal prestressed members did not indicate any signs for incipient cracks.
Neue bauaufsichtliche Zulassung für Bauteile und Verbindungsmittel aus nichtrostenden Stählen
(1999)
Im Rahmen der Erarbeitung einer neuen bauaufsichtlichen Zulassung für nichtrostende Stähle ergab sich die Fragestellung, ob durch eine Kaltverfestigung die Beständigkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion negativ beeinflußt wird. Durch experimentelle Versuche an verschiedenen nichtrostenden Stählen sollte geklärt werden, ob kaltverformtes Material bei hoher Chloridbelastung, wie sie z. B. in Schwimmhallenatmosphäre vorkommen kann, eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion aufweist. Die Untersuchungen wurden mit den hochlegierten Stählen 1.4462 sowie 1.4529 durchgeführt. Als Vergleichswerkstoff mit bekannter Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion bei hoher Chloridbelastung wurde der Stahl 1.4301 eingesetzt. Die Versuche erfolgten mittels Bügel- und Zugproben, auf die Tropfen aus gesättigter Magnesiumchloridlösung aufgebracht waren. Hinweise auf eine höhere Spannungsrißkorrosionsempfindlichkeit des kaltverformten Materials wurden aber sowohl bei den Versuchen mit Bügelproben als auch bei den Versuchen mit Zugproben nicht festgestellt.
Translated Abstract
Investigations on stress corrosion cracking resistivity of stainless steels with different degree of cold straining
Within the context of the elaboration of a new approval for stainless steels for civil engineering applications the question arised whether cold straining could adversely affect the resistance against stress corrosion cracking. By means of experimental tests with different stainless steels it should be clarified whether cold straining increase the stress corrosion cracking susceptibility under high chloride loads like e.g. in swimming hall atmospheres.
The investigations were carried out using the high-alloyed steels 1.4462 and 1.4529. As reference material with known susceptibility against stress corrosion cracking the steel 1.4301 was used. The tests were performed using U-bent and tension specimens with saturated MgCl2 salt spots. Indications for an increase in stress corrosion cracking susceptibility of the cold drawn steel were not found.
Referat:
In Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken wird der Korrosionsschutz des Bewehrungsstahles durch die Alkalität des Beton-Porenwassers und die sich daraus ergebende Passivierung der Stahloberfläche gewährleistet. Als Folge von Mechanismen, die die Passivschicht zerstören, wie z.B. die Karbonatisierung des Betons oder das Eindringen von Chloriden, kann es zu einer Depassivierung des Stahles kommen. In diesen Fällen sind Maßnahmen notwendig, die Korrosionsreaktionen vermeiden bzw. während der Nutzungsdauer des Bauwerkes in tolerierbaren Grenzen halten. Um die Nachteile der traditionellen Sanierungsverfahren zu umgehen, sind in letzter Zeit verschiedene elektrochemische Methoden zur Instandsetzung entwickelt und erfolgreich angewendet worden. Prinzip, Anwendungsmöglichkeiten sowie Forschungsergebnisse der folgenden Verfahren, elektrochemische Realkalisierung bei Karbonatisierung, elektrochemische Entsalzung bei Chloridkontamination und Kathodischer Korrosionsschutz mit Fremdstrom werden beschrieben und diskutiert.