Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (21)
- Beitrag zu einem Tagungsband (7)
- Beitrag zu einem Sammelband (6)
- Forschungsbericht (5)
- Sonstiges (2)
- Handbuch (1)
Schlagworte
- Korrosion (8)
- Corrosion (7)
- Spannstahl (5)
- Stahlbeton (5)
- Atmospheric corrosion (4)
- Stainless steel (4)
- Betonstahl (3)
- Chlorinduzierte Korrosion (3)
- Kathodischer Korrosionsschutz (3)
- Nichtrostende Stähle (3)
Organisationseinheit der BAM
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.
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.
An einem Tankbehälter aus dem Werkstoff X2CrNiMo17-12-2, der zur Zwischenlagerung von Salzlake für die Käseherstellung dient, wurden trotz langjähriger positiver Erfahrungen an vergleichbaren Anlagen bereits kurze Zeit nach der Inbetriebnahme Lochkorrosionserscheinungen festgestellt. Durch entsprechende elektrochemische Laboruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass die vorgefundene Lochkorrosion durch den Einsatz eines Oxidationsmittels zu Desinfektionszwecken verursacht wurde.
Translated Abstract
Corrosion damage at storage tanks for salt brine
A tank made of stainless steel type X2CrNiMo17-12-2 for intermediate storage of salt brine for cheese production revealed significant pitting corrosion effects shortly after commissioning although comparable units have shown positive long-term behaviour. By means of electrochemical laboratory tests it could be demonstrated that the observed pitting corrosion was caused by the use of an oxidizing agent for desinfection purposes.
About the long-term protection behaviour of corrosion protection materials (filling materials) for prestressed systems under critical environmental conditions is only little known. The corrosion protection effect is usually based on theoretical considerations and is proven by short-term tests. The selection of the different products is mainly made according to economical or workability criteria. In a research project the barrier effect of different commercial corrosion protection materials (waxes as well as oil-based greases) against water, their tendency for undercutting as well as their additional corrosion protection effect were investigated. The exposure tests were carried out with non-stressed as well as stressed prestressing steel specimens which were subjected to critical conditions (condensed water, artificial soil solution, direct soil contact). Parallel to these long-term exposure tests the applicability of different electrochemical techniques and their significance with respect to testing the corrosion protection ability and water absorption was evaluated. Within the project a suitable method for simple testing the performance of corrosion protection materials under real conditions was developed. By means of a small compact cell submicroscopical reactions of the used sensors could be measured. The high sensitivity of this measuring technique enables the detection of degradation processes at thin protection layers.
In addition to constructional requirements in civil engineering stainless steels often have to fulfil high visual demands. Unexpected impairments of the visual appearance of stainless steels under low corrosive conditions are a widespread problem today. Frequently it is supposed that this is caused by changes in the alloy composition, worse environmental conditions or improper handling. Within a research project the systematic investigation of several cases of damaged stainless steel bars has shown that the reasons are based on well-known material defects like chemical inhomogeneities (e.g. precipitations or local carburization) or geometrical defects (e.g. undercuts, rolling defects or shell formation). Thus, the failures could be clearly identified as production failures of the respective semi-finished products.
Aufgrund der in den letzten Jahren stark angestiegenen Rohstoffpreise sind die im Bauwesen häufig eingesetzten nichtrostenden Standardaustenite in vielen Fällen nicht mehr wettbewerbsfähig. Eine deutlich kostengünstigere Alternative stellt der Duplex-Stahl 1.4362 dar, der bisher aber noch nicht bauaufsichtlich zugelassen ist. Mit Hilfe von Auslagerungsversuchen sowie elektrochemischen Untersuchungen sollte das Korrosionsverhalten dieses Werkstoffs unter neutralen bis leicht sauren, chloridhaltigen Umgebungsbedingungen, wie sie in vielen Bereichen des Bauwesens vorkommen, geklärt werden. Insgesamt belegen die Ergebnisse, dass der kostengünstigere Werkstoff 1.4362 für baupraktische Anwendungen eine Alternative für Anwendungen darstellen kann, in denen bisher die Werkstoffe 1.4404 oder 1.4571 eingesetzt wurden.
In order to clarify under which practical conditions real risks for hydrogen-induced stress corrosion cracking of prestressing steels exist laboratory investigations in aqueous solutions and concrete as well as tests with stressed prestressing steels were carried out. While different distances between steel and zinc (cathode and anode) showed only a negligible influence on the polarisation of the steel a significant dependence on the area ratio steel/zinc was observed. A critical area ratio of 10:1 can be defined above which polarisation of the steel to hydrogen evolution potentials is unlikely. The results obtained in the laboratory concerning the critical area ratio were confirmed by on-site investigations in a precasting plant. Exposure tests with hydrogen loading did not lead to fractures during the testing time for approved prestressing steels. The characteristic mechanical values determined immediately after the hydrogen loading tests did not show significant changes. Thus, an indirect contact between prestressing steels and galvanised elements can be estimated as uncritical. But a direct contact has to be excluded by compliance with DIN 1045-1, i.e minimal distance of 2 cm between prestressing steel and galvanised elements.
Chloride-induced damage of reinforcing steel is especially for parking garages and bridges often very severe as large amounts of chlorides act on horizontal surfaces which could lead to fast ingress of these detrimental ions up to the level of the reinforcement and subsequently to high rates of corrosion.
In order to avoid the disadvantages of conventional rehabilitation (unreliable prognosis with patch repair or high costs and regular maintenance with cathodic protection using impressed current) a new combined protection system was developed where the principle of drying out the concrete (by means of a surface protection system) is combined with a temporary cathodic protection (by means of a sprayed zinc layer) during the transitional period of the drying out process.
This new system was tested both in the laboratory and on-site at a pilot application. Based on the results obtained the possibilities and limitations of the new system are discussed in this paper.
Um zu klären, unter welchen Umständen eine potentielle Gefährdung von Spannstählen beim Kontakt mit verzinkten Bauteilen gegeben ist, wurden Laborversuche in alkalischen Lösungen und Beton sowie Zeitstandversuche an Spannbetonprobekörpern durchgeführt. Abstandsvariationen im Nahbereich haben nur einen geringen Einfluss auf die Polarisation des Stahls. Ein praxisrelevanter, unkritischer Abstand für den indirekten Kontakt, z. B. über die schlaffe Bewehrung, kann nicht definiert werden. Hinsichtlich des Flächenverhältnisses Stahl : Zink wurde ein signifikanter Einfluss festgestellt. Flächenverhältnisse über 10 : 1 führen nicht zu einer Polarisation in den Bereich der Wasserstoffentwicklung. Die Ergebnisse wurden durch Untersuchungen an realen Spannbetonfertigteilen verifiziert.
Zeitstandversuche unter Wasserstoffbeladung führten an zugelassenen Spannstählen nicht zu Brüchen während der Versuchszeit. Die anschließend ermittelten mechanischen Kennwerte zeigten keine signifikanten Änderungen. Ein indirekter Kontakt von Spannstählen zu verzinkten Einbauteilen ist deshalb als unkritisch zu bewerten. Der direkte Kontakt ist durch Einhaltung des in der DIN 1045-1 geforderten Mindestabstands von 2 cm sicher auszuschließen.
Neben konstruktiven Anforderungen werden an nichtrostende Stähle im Bauwesen häufig hohe optische Ansprüche gestellt. Unerwartete Beeinträchtigungen des optischen Erscheinungsbildes nichtrostender Stähle unter wenig korrosiven Bedingungen sind in der Zwischenzeit ein weit verbreitetes Problemfeld und Gegenstand zahlreicher Streitfälle. Vielfach wird die Vermutung geäußert, dass eine veränderte Legierungszusammensetzung, veränderte Umweltbedingungen oder auch die unsachgemäße Verarbeitung die Ursache für diese Erscheinungen sind. Durch eine systematische Untersuchung zahlreicher Schadensfälle an Stabmaterial in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen eines Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass die Ursachen in bekannten Werkstofffehlern zu finden sind. Hierzu gehören chemische Inhomogenitäten, wie zum Beispiel Ausscheidungen und örtliche Aufkohlung, sowie geometrische Fehler, wie zum Beispiel Hinterschnitte, Walzfehler und Schalenbildung. Die Fehler konnten damit eindeutig als Herstellungsfehler der jeweiligen Halbzeuge identifiziert werden.
The reduction of the chromate contents in cements affects the electrochemical reactions of galvanized reinforcing steels in fresh concrete. By means of electrochemical measurements and bar pull-out tests the effect of chromates on the formation of protective coatings at the zinc and the bond behaviour have been investigated using chromate-containing and chromate-reduced cements. The results have shown that the bond zone was affected as a result of chromate reduction for cement types CEM I and CEM II. The disturbance to the bond zone should be considered as long-term in relation to the pore structure which is formed. The effects on the bond are largely compensated for as the concrete ages. The results of the related bond strength with displacement paths of 0.1 and 0.5?mm, respectively, are still within the range of expected figures for non-galvanized reinforcing steel despite the structural disturbance. Under practical aspects it is not necessary that the existing structural disturbance with respect to bond strength is taken into consideration.
Durch systematische Labor- und Auslagerungsuntersuchungen ist es möglich, sieben unterschiedliche nichtrostende Stahllegierungen hinsichtlich verschiedenster Anwendungen untereinander und auch in Bezug auf zwei austenitische Standardwerkstoffe (1.4301, 1.4404) zu vergleichen. Die parallele Untersuchung von fünf verschiedenen Oberflächenausführungen der jeweiligen Werkstoffe ermöglicht zudem, branchenspezifische Besonderheiten der Oberflächenausführung beim Werkstoffvergleich zu berücksichtigen. Der Einfluss der Oberflächenausführung wird überwiegend bei den Ergebnissen der Auslagerungsversuche in kritischen Atmosphären sichtbar, weniger bei den elektrochemischen Untersuchungen.
Die drei Vertreter aus dem Bereich der Duplexstähle zeigten unter den meisten Untersuchungsbedingungen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Insbesondere für Anwendungen im Bauwesen können die Lean-Duplexstähle deutliche Vorteile bieten. Der Manganaustenit 1.4376 sowie der Ferrit 1.4509 sind nur eingeschränkt als Alternativen geeignet, da die Werkstoffe bei einigen Versuchen signifikante Schwächen zeigten.---------------------------------------------------------------------------
The systematic laboratory and field exposure tests allow to compare seven different stainless steels among each other and also regarding two standard austenitic materials (1.4301, 1.4401) with respect to various applications. Parallel investigations with five different surface finishes of the respective materials enable to consider also industry-specific features of the surface finish. The influence of the surface finish can mainly be seen in the results of the exposure tests in critical atmospheres and less in the electrochemical investigations.
The three duplex stainless steels showed under most of the test conditions excellent corrosion resistance. Especially for applications in civil engineering the lean duplex steels offer clear advantages. The manganese alloyed 1.4376 and the ferritic steel 1.4509 are only limited suitable as alternatives as these materials showed significant weaknesses in some of the tests.