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Bei der Brücke Altstädter Bahnhof handelte es sich um eine große Spannbetonkonstruktion, die einen elementaren Verkehrsknotenpunkt in der Stadt Brandenburg an der Havel bildete. Entgegen üblichen Spannbetonkonstruktionen mit kleinen Bündelspanngliedern kamen beim Haupttragwerk in Längsrichtung großformatige Spannblockspannglieder zum Einsatz. Im Fall der vorliegenden Brücke setzte sich das Spannglied aus 392 ovalen Einzeldrähten aus Hennigsdorfer Produktion zusammen, welche als spannungsrisskorrosionsgefährdet gelten. Bei Bauwerkserkundungen wurde ein hoher Versprödungsgrad der Spannstähle festgestellt, sodass die Brücke am 19.05.2021 gesprengt werden musste. Zuvor traten im Bereich detektierter Spanndrahtbrüche von außen erkennbare Längsrisse in den Stegen anstatt von üblicherweise quer gerichteten Biegerissen an der gezogenen Randfaser auf. Die abweichende Schadensäußerung im Falle einer Spannstahlschädigung brachte das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) dazu, weitergehende Untersuchungen durchzuführen. In Zusammenarbeit mit dem Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg, der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden sowie der Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM) wurden experimentelle Untersuchungen insitu konzipiert und durchgeführt. Im Konkreten wurde an zwei Messstellen eine gezielte Schädigung des großformatigen Spannglieds vorgenommen, um das zuvor vorgefundene Schadensbild nachzuvoll ziehen und validieren zu können. Konzept, Ergebnisse aus den Untersuchungen und Erkenntnisse für gleichartig ausgeführte Bauwerke sind Gegenstand des ersten Beitrags (Teil 1). Der zweite Teil [1] wird sich im Schwerpunkt den verwendeten Messverfahren und Monitoringsystemen widmen, welche die Durchführung des Versuchs begleiteten.
Die B 1-Brücke am Altstädter Bahnhof war der wichtigste Verkehrsknotenpunkt in Brandenburg an der Havel. Im Dezember 2019 wurden die überführte Bundesstraße und die Straßenbahnlinie für den Verkehr gesperrt. Grund für die Sperrung war eine einsetzende Rissbildung in den Längsträgerstegen in Verbindung mit Hohlstellen, die letztlich auf gerissene Spanndrähte zurückgeführt werden. Um eine Sperrung der hoch frequentierten unterführten Verkehrswege zu verhindern, wurde ein umfangreiches Überwachungskonzept erforderlich. Wesentlicher Bestandteil dieses Konzepts war ein auf der Schallemissionsanalyse basierendes Monitoringsystem, mit dessen Hilfe Spanndrahtbrüche aufgezeichnet und lokalisiert werden konnten. Auf Grundlage der so gewonnenen Ergebnisse konnten Schwerpunkte für die Bauwerksprüfung abgeleitet werden. In diesem Bericht werden die gewonnenen Erkenntnisse zum messtechnisch erfassten Schadensfortschritt und den damit verbundenen visuell festgestellten Schäden beschrieben. Dabei werden die Besonderheit des verbauten konzentrierten Spannglieds (Spannblockverfahren nach TGL 173-33) und des Spannstahls in Bezug auf die Schadensbilder dargestellt. Die gewonnenen Erkenntnisse sollten bei der Beurteilung anderer Bauwerke mit vergleichbarer Bauart berücksichtigt werden.
The critical chloride content C(crit) is an indicator for the corrosion resistance of reinforcing steels in concrete. In this article, several experimental methods for determining the critical chloride content C(crit) of mild and an alloyed (12% Cr) steel in cementitious materials are compared. The methods used include accelerated polarization tests and tests using more natural (unpolarized) conditions in which chloride ingress occurs by diffusion and capillary uptake. The advantages and disadvantages of the methods are discussed, in particular, with the objective of reaching a compromise between applicability to practice and feasibility in laboratory testing.
Although zinc and zinc coatings have been widely used for corrosion protection for decades new zinc coatings are constantly being developed. Characterizing the corrosion protectiveness of these new coatings, however, should not be underestimated. While exposure tests are time intensive, cyclic tests can only be used for a very limited field of application. Thus, electrochemical measurements provide both an efficient and an effective alternative. Conventional aqueous bulk electrolytes influence the surface layers of a tested zinc coating and are therefore not reliable. Gel electrolytes, however, have evolved over the last few years, are minimally invasive and provide reliable results.
This work describes experiments with gel electrolytes made of agar. Unlike previous work, it proposes a composition of gel electrolyte for minimally invasive description of the protective power of naturally formed oxide layers on zinc and zinc coatings. Therefore, as a first part, the gel electrolyte made of agar is verified as a method for zinc and zinc-coated samples. Afterwards, this paper introduces the corrosion product layer resistance RL as a promising parameter to evaluate the protective power of zinc coatings. Results are verified with EIS and FTIR measurements. An example on a representative zinc coating demonstrates the practical application.
Korrosionsmonitoring von Stahl- oder Spannbetonbauwerken hat in den vergangenen Jahren als Ergänzung zur herkömmlichen Bauwerksuntersuchung deutlich an Relevanz gewonnen. Einsatzgebiete sind z. B. Bauteile, die nach Fertigstellung nicht mehr zugänglich sind oder an denen aufgrund vorhandener Beschichtungen keine Potentialfeldmessungen durchgeführt werden können. Weiterhin kann Korrosionsmonitoring auch für die Überwachung des Korrosionsfortschritts an korrodierenden Systemen z. B. zum Nachweis des Instandsetzungserfolgs bei Anwendung des Prinzips W-Cl gemäß Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb oder zum Funktionsnachweis bei KKS-Installationen nach DIN EN ISO 12696 eingesetzt werden. Trotz zunehmender Bedeutung Existieren für das Korrosionsmonitoring bis dato keine Richtlinien oder Handlungsempfehlungen. Diese Lücke soll das Merkblatt B12 „Korrosionsmonitoring von Stahl- und Spannbetonbauwerken“ der Deutschen Gesellschaft für
zerstörungsfreie Prüfung DGZfP füllen, das im Frühjahr 2018
veröffentlicht wurde. In diesem Beitrag werden das Merkblatt B12 vorgestellt, die grundlegenden Messprinzipien erläutert und anhand von Anwendungsbeispielen das Potenzial von Korrosionsmonitoring bei Neubau- und Bestandsobjekten illustriert.
Literature data on the influence of concrete cracks on corrosion propagation of reinforcing steel are contradictory. This might be due to very different exposure and test conditions but also to a lack of time-resolved data in cyclic wetting–drying exposure. Here, the influence of the environmental conditions on the corrosion rates in cracked concrete is studied experimentally. The results show that the corrosion rate in cracked concrete depends on the duration of wetting and drying phases and the relative humidity (RH) during the drying phase. The lower the ambient RH in the drying phase, the faster the cracks dry, which depresses the corrosion rate in the periods between the wetting events. A model is proposed to estimate corrosion rates in cracked concrete cyclic wetting/drying exposure.
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.
Chloride contents at the steel–mortar interface that initiate steel corrosion were determined for carbon steel in alkali‐activated fly ash mortar for three different exposure conditions: exposure to 1 M NaCl solution; leaching in deionized water and then exposure to 1 M NaCl solution; and leaching in deionized water, aging in air at 20°C and natural CO2 concentration, and then exposure to 1 M NaCl solution. For comparison, a Portland cement mortar, exposed to 1 M NaCl solution, was studied. The median values of the corrosion‐initiating chloride contents (average over the full length of the rebar) in the alkali‐activated fly ash mortar varied between 0.35 and 1.05 wt% Cl with respect to binder, consistently lower than what was obtained for the Portland cement mortar, but with no clear trend regarding the exposure conditions. For most of the alkali‐activated fly ash mortar specimens, preferential corrosion at the connection between the working electrode and the external measurement setup was observed, while preferential corrosion did not occur for the Portland cement mortar. Scanning electron microscopy and auxiliary experiments in synthetic solutions indicated that this behavior was caused by inhomogeneities at the steel–mortar interface in the alkali‐activated mortar, likely due to its peculiar rheological properties in the fresh state.
This work presents machine learning-inspired data fusion approaches to improve the non-destructive testing of reinforced concrete. The principal effects that are used for data fusion are shown theoretically. Their effectiveness is tested in case studies carried out on largescale concrete specimens with built-in chloride-induced rebar corrosion. The dataset consists of half-cell potential mapping, Wenner resistivity, microwave moisture and ground penetrating radar measurements. Data fusion is based on the logistic Regression algorithm.
It learns an optimal linear decision boundary from multivariate labeled training data, to separate intact and defect areas. The training data are generated in an experiment that simulates the entire life cycle of chloride-exposed concrete building parts. The unique possibility to monitor the deterioration, and targeted corrosion initiation, allows data labeling.
The results exhibit an improved sensitivity of the data fusion with logistic regression compared to the best individual method half-cell potential.
Während das Instandsetzungsprinzip W bei carbonatisierungsinduzierter Korrosion seit vielen Jahren als Standardverfahren etabliert ist, wird seine Anwendbarkeit bei chloridinduzierter Korrosion (W-Cl) in der Fachwelt bis heute kontrovers diskutiert. Zwar ergeben sich aus seiner Anwendung gegenüber anderen Instandsetzungsverfahren auf den ersten Blick u. U. deutliche wirtschaftliche Vorteile, allerdings besteht bei diesem Verfahren ein deutlich höheres Risiko, dass das Instandsetzungsziel nicht erreicht wird.
Im vorliegenden Beitrag werden die technischen Grundlagen des Instandsetzungsprinzips W-Cl sowie der aktuelle Kenntnisstand - sowohl für den gerissenen als auch für den ungerissenen Beton - dargestellt und baurechtliche Konsequenzen, die sich aus dem erhöhten Ausführungsrisiko ergeben, diskutiert.
Korrosionsmonitoring als Element zum Nachweis des Instandsetzungserfolgs bei Anwendung des Prinzips W-Cl wird vorgestellt.
Anhand von Anwendungsbeispielen werden sowohl die Risiken, die mit dem Verfahren verbunden sind, als auch das Potenzial bei erfolgreicher Anwendung veranschaulicht.
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.
Alkali-activated fly ash mortars were studied with regard to durability-relevant transport coefficients and the electrochemical behaviour of embedded carbon steel bars on exposure of the mortars to leaching, carbonation and chloride penetration environments. The transport coefficients differed considerably between different formulations, being lowest for a mortar with BFS addition, but still acceptable for one of the purely fly ash-based mortars. Leaching over a period of ~300 days in de-ionized water did not lead to observable corrosion of the embedded steel, as shown by the electrochemical data and visual inspection of the steel. Exposure to 100 % CO2 atmosphere caused steel depassivation within approx. two weeks; in addition, indications of a deterioration of the mortar were observed. The results are discussed in the context of the different reaction products expected in high- and low-Ca alkali-activated binders, and the alterations caused by leaching and carbonation.
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.
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.
Corrosion monitoring of reinforced concrete structures:The DGZfP specification B12 Collaboration
(2023)
Corrosion monitoring of reinforced or prestressed concrete structures has becomeincreasingly important in recent years. Areas of application include componentsthat are no longer accessible after completion or where potential fieldmeasurements cannot be carried out due to existing coatings. Corrosion monitoringcan also be used to monitor the progress of corrosion in corroding systems, e.g. to prove the success of repair measures according to repair principle 8 in accordancewith EN 1504‐9 or repair method 8.3 in accordance with the DIBt repair guideline.It also could be used to prove the functionality of cathodic corrosion protectionsystems in accordance with ISO 12696. Despite the increasing importance ofcorrosion monitoring, no guidelines orrecommendations existed until 2018. Thisgap was closed by the English version of specification B12,“Corrosion Monitoringof Reinforced and Prestressed Concrete Structures,”of the German Society for Non‐Destructive Testing, which was published in 2021. This article introducesspecification B12 by explaining the basicmeasurement principles and illustratingthe potential of corrosion monitoring in new and existing buildings.
The corrosion behavior of galvanized steels and zinc components under atmospheric exposure depends mostly on the corrosion product‐based cover layer formation under the prevailing conditions. The use of agar‐based gel electrolytes makes it possible to use electrochemical methods to obtain a characteristic value from these cover layers that describe their current and future protective capacity. It is shown here that different states of galvanized steel can be distinguished very well under laboratory conditions and that this method is also suitable for use under practical conditions. Based on the characteristic values and assuming future time of wetness, it is very easy to draw up a forecast for the future corrosion rate, which provides plausible values.