Aussagekraft von Chloridwerten aus Betonbauwerken hinsichtlich der Korrosionsgefährdung

In diesem Beitrag werden die Einflüsse der Probennahme, der Aufbereitung der Proben sowie der chemischen Analysen auf die Ergebnisse der Chloridwerte dargestellt. Des Weiteren wird auf die Parameter, die die Chloridkorrosion der Bewehrung beeinflussen, Bezug genommen. Die Missverständnisse hinsichtlich “kritischer Grenzchloridwerte” werden erörtert. Zum Schluss wird der Umgang mit den Chloridwerten und der Korrosionsgefährdung der Bewehrung unter Berücksichtigung der maßgebenden Parameter aus Sicht des Sachverständigen dargelegt. Significance of Chloride Contents in Concrete Structures in Terms of Corrosion Risk This report illustrates the impact of sampling and the treatment of the samples as well as the chemical analysis on chloride content. Furthermore, parameters that influence chloride corrosion are discussed. Misunderstandings concerning critical chloride content are also clarified. Finally, the handling of chloride content, impacting parameters and the possibility of corrosion are demonstrated from an expert perspective.     

Betonangriff in eisendisulfidhaltigen Böden

Concrete Attack in Iron Disulphidic Soils In various areas of Germany superficial soils contain iron disulphide. Due to aeration, e. g. by excavation of soil during construction measures, this mineral can oxidise and release the reaction products sulphuric acid and sulphate under sufficient humidity. As a result, acidic and sulphatic conditions can be adjusted in the construction ground, which may exercise a combined acid‐sulphate‐attack on adjacent concrete structures. The actual extent of the oxidation of iron disulphide in the construction ground and the resulting impairments in adjacent concrete structures have been investigated within an interdisciplinary research project at the Ruhr‐Universität Bochum. In preliminary results pH‐values down to pH 2 and sulphate concentrations over 20, 000 mg/l were determined in iron disulphidic soils in dependence of various physical and chemical factors. Under these conditions corrosion processes take place in adjacent concrete, which are dominated initially by a solvent attack. After a long‐lasting exposure of about one year or more new formations of sulphate minerals can be observed beyond the (acid) corrosion front in deeper, hitherto undisturbed areas, which may indicate a progressing sulphate attack.     

Instandsetzung einer Betonbrücke mit Walzträgern nach dem Prinzip des Kathodischen Korrosionsschutzes

Für die Instandsetzung chloridbelasteter Stahlbetonbauwerke muss bei den so genannten konventionellen Verfahren oftmals Beton in großer Tiefe abgetragen werden. Dies verursacht hohe Kosten, stellt einen erheblichen Eingriff in das Bauwerk dar und führt nicht zuletzt zu Nutzungseinschränkungen während der Instandsetzung. Aus diesem Grund gewinnt der Kathodische Korrosionsschutz (KKS) von Stahl in Beton, eine zum Großteil zerstörungsfreie Instandsetzungsmethode, als wirtschaftliches Instandsetzungsverfahren korrosionsgefährdeter bzw.‐geschädigter Bauteile zunehmend an Bedeutung. Nachfolgend wird die Instandsetzung der Brücke über den Auer Mühlbach in München mit KKS beschrieben. Das Tragsystem der Auer Mühlbachbrücke besteht aus einbetonierten Walzträgern, die mit diskreten Einzelanoden geschützt wurden. Auf Grund der sehr hohen Überschüttung und der verkehrlichen Bedeutung dieser Brücke war der KKS besonders vorteilhaft anwendbar, da es während der gesamten Instandsetzung keinerlei Einschränkungen des Verkehrs gab. Repair of a Concrete‐Bridge with Rolled Section Beams applying the Principle of Cathodic Protection When repairing reinforced concrete structures containing chlorides by conventional methods, it is often necessary to remove the concrete to great depths. This causes high costs and leads to a significant intervention of the structure, combined with a limitation of use whilst repair measures. This is the reason why Cathodic Protection (CP) of reinforcement in concrete is gaining importance as predominantly non‐destructive, costeffective repair measure of structures susceptible to or damaged by corrosion. Consecutively the repair measure of the bridge over the Auer Mühlbach in Munich using CP is described. The load bearing system of the bridge of Auer Mühlbach consists of rolled section steel beams, which are protected using discrete anodes. Due to the high ground cover and the high importance to the intra‐urban traffic, the application of CP was in particular advantageously as the traffic has not been limited whilst the repair measure.     

Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss der Bewehrungskorrosion auf das Verbundverhalten zwischen Stahl und Beton

Im vorliegenden Aufsatz werden Ergebnisse aus experimentellen und numerischen Untersuchungen an so genannten Balkenend (engl. beam end) Probekörpern zum Einfluss der Stahlkorrosion auf das Verbundtragverhalten vorgestellt. Dabei wurden geometrische Einflüsse, wie Stabdurchmesser und Betondeckung sowie Einflüsse aufgrund von Bügelbewehrung und deren Schwächung durch die Korrosion untersucht. Insgesamt ergaben sich sechs verschiedene Probekörpertypen, an denen Ausziehversuche ohne Korrosion und zu unterschiedlichen Korrosionsstadien durchgeführt wurden. Dabei wurden korrosionsbedingte, maximale Rissbreiten von bis zu rd. w = 1,3 mm mit dazugehörigen Korrosionsabträgen von maximal bis zu x_corr = 500 μm untersucht. Die Untersuchungen ergaben, dass die Verbundfestigkeit von Probekörpern ohne Bügelbewehrung mit zunehmender Korrosion exponentiell abnimmt. Probekörper mit Bügeln weisen hingegen kaum Verbundfestigkeitsverluste bis zur untersuchten Rissbreite von w = 0,6 mm auf. Die umschließende Wirkung der Bügel wurde unter den untersuchten Bedingungen nicht beeinflusst. Ein erarbeitetes numerisches FE‐Modell konnte die experimentellen Ergebnisse gut reproduzieren. Experimental and Numerical Investigations on Bond Behaviour of Corroded Reinforcement The following paper presents experimental and numerical results on the effect of rebar corrosion on bond between ribbed reinforcing bars and concrete. The investigations are performed on beam end specimens. The key aspects of the investigation were the study of different geometrical parameters as bar diameter and concrete cover as well as the effects of confining reinforcement and their impairment due to corrosion. Altogether six different types of specimens were tested without corrosion and at different corrosion levels. The resulting maximum crack widths were around w = 1.3 mm with corresponding penetration depths of x_corr = 500 μm. The studies showed that bond strength of specimens without stirrups decreased exponentially with increasing corrosion, whereas specimens with stirrups showed almost no loss of bond strength up to the investigated crack width of w = 0.6 mm. The confining action of stirrups was not impaired by corrosion within the studied conditions. The used FE code is able to realistically reproduce the results of experimental investigations.     

Korrosionsbeständigkeit eines nichtrostenden Chromstahls in karbonatisiertem Normal‐, Leicht‐ und Recyclingbeton

Um der Forderung nach Nachhaltigkeit nachzukommen, wird in den nächsten Jahren der Einsatz von Betonen mit rezyklierten Gesteinskörnungen (Beton‐ und Mischabbruch) zunehmen. Wegen den wärmedämmenden Eigenschaften wird auch der Bedarf an Betonen mit Leichtzuschlägen (z. B. Blähglas) steigen. Als wesentliches Element dieser Entwicklung werden für die Zementund Betonproduktion zunehmend Zemente mit reduziertem Portlandzementklinkergehalt sowie Zusatzstoffe wie Flugasche und Hüttensand verwendet. Damit nimmt der Karbonatisierungswiderstand der Betone tendenziell ab und das Risiko für Korrosionsschäden zu. Die nachfolgend vorgestellten Untersuchungen hatten zum Ziel, die Korrosionsbeständigkeit eines nichtrostenden Chromstahls (Top12, Zusammensetzung entspricht ungefähr dem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4003) in karbonatisiertem Beton mit unterschiedlicher Zusammensetzung zu evaluieren, mit normalem Betonstahl zu vergleichen und zu beurteilen. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass der Top12, im Gegensatz zum normalen Betonstahl, in allen untersuchten Betonen und damit auch in stark karbonatisierten Recyclingbetonen beständig ist. Corrosion Resistance of a Stainless Chromium‐Steel in Carbonated Ordinary, Light‐Weight and Recycling Concrete In order to achieve the goals for a sustainable development, concrete with recycled aggregates (concrete and mixtures from concrete and masonry, e.g. clay bricks and calcium silicate blocks etc.) is going to be used more and more in the future. Due to its thermal insulating properties, the demand for concrete with light‐weight aggregates (e.g. foam glass) will also increase. As an essential element of this development, an increasing amount of cements with a reduced clinker factor as well as of mineral additions such as fly ash and ground granulated blast furnace slag is used for concrete production. Therefore, as a general tendency, the carbonation resistance of concrete mixes decreases while the risk of corrosion damages increases. The goal of the investigations described in this paper was to evaluate and to assess the corrosion resistance of a stainless rebar (Top12, composition corresponds approx. to steel grade 1.4003) in various carbonated concrete mixes and to compare the results with common rebars. The results lead to the conclusion that, in contrast to common rebars, Top12 is durable in all investigated concrete mixes, including strongly carbonated recycling concretes.     

Beurteilung und Instandsetzung von chloridinduzierten Korrosionsschäden an Spannbetonbindern einer Filteranlage für Trinkwasser

An der Filteranlage des Wasserwerks Langenau wurden Risse und Abplatzungen im Bereich der Spannköpfe von Spannbetonbindern festgestellt. Erste Untersuchungen zeigten, dass chloridinduzierte Korrosion vorlag. Da konstruktionsbedingt insbesondere die Spannbewehrung betroffen war, wurde eine eingehende Untersuchung der Schäden veranlasst, welche das Ziel hatte, neben der Entwicklung eines geeigneten Instandsetzungskonzepts auch Aussagen zur Resttragfähigkeit der Spannglieder zu treffen. Die Untersuchungen vor Ort offenbarten neben den Korrosionsschäden an den Spannköpfen auch ausgeprägte Verpressfehler im Bereich der Festanker. Nachfolgend werden die Herangehensweise an die Problematik, die durchgeführten Untersuchungen und die dabei angewandten Untersuchungsmethoden, das entwickelte Instandsetzungskonzept (Konservierung des Ist‐Zustands) und die Schlussfolgerungen zur Resttragfähigkeit erläutert. Auf Grundlage der Ergebnisse konnte die Korrosionsursache (Chloridquelle) eindeutig bestimmt und die Standsicherheit der Halle nachgewiesen werden. Die Halle wurde zwischenzeitlich instand gesetzt und wird zukünftig auf Wunsch des Bauherrn durch regelmäßige Überwachung auf neuerliche Auffälligkeiten kontrolliert. Assessment and Repair of Chloride Induced Corrosion on the Prestressed Concrete Binder of a Filtration System for Drinking Water On the filter system of the Langenau water work, cracks and spalling were identified in the area of the clamping chucks of the prestressed concrete binder. Initial investigations showed, that chloride induced corrosion was present. Since especially the prestressed reinforcement was affected, an expert assessment of the damages was conducted, which had the objective of, along with the development of an appropriate repair plan, making statements regarding the residual strength of the tendons. In addition to the corrosion of the clamping heads, the investigations revealed a distinctive injection defect in the area of the fixed anchor. Consecutively, the approach to the problem, the conducted investigations and the investigation methods used, the developed repair concept (conservation of the actual status) and the conclusions on the remaining carrying capacity are explained. Based on the results, the cause of the corrosion (the source of the chloride) could be clearly determined and the stability of the hall could be verified. In the meantime, the hall has since been repaired and in the future will be controlled through regular monitoring of noticeable problems at the request of the client.     

Beurteilung der Tragfähigkeit von geschädigten Stahlbetonbrücken auf der Grundlage der Ergebnisse einer Bauwerksprüfung

Structural Reliability Assessment of Damaged Reinforced Concrete Bridges on the Basis of the Results from a Bridge Inspection The regular bridge inspection is of high importance for the reliable use of the infrastructure. This paper describes and explains a method with supports the engineers of a bridge inspection in the assessment of the damaged bridges during or directly after the inspection. Based on this initial estimate the urgent measures i.e. a lower permitted bridge class can still be carried out before more detailed inspections and calculations have been done. The reliability analyses for the damaged bridges are carried out using first order and second order reliability method (FORM and SORM). The probability of failure, p_f or the safety index, of the system respectively are the main results of the calculation procedure. This paper shows the approach and the application with an example. Particularly in the communal sector the method can be helpful, because it can not be assumed that in all cases the regular bridge inspections and the appropriate maintenance have been carried out.     

Optimierte Zustandsprognose durch kombinierte Verfahren

Die große Zahl von korrosionsinduzierten Schäden an Infrastrukturbauwerken und der damit verbundene hohe Kostenaufwand für Instandhaltungsmaßnahmen macht eine Beurteilung der Zuverlässigkeit (Gebrauchstauglichkeit, Tragfähigkeit) solcher Bauwerke für die verbleibende Nutzungszeit immer bedeutender. Am Beispiel einer Tiefgarage wird gezeigt, wie durch Verknüpfung von Bauwerksuntersuchung und vollprobabilistischer Lebensdauerbetrachtung (Zuverlässigkeitsberechnung) eine gezielte und ortsgenaue Beschreibung des Bauwerkszustandes grenzzustandsbezogen erfolgen kann. Durch Kombination beider Elemente (Bauwerksuntersuchung/Zuverlässigkeitsberechnung) können Instandsetzungszeitpunkt und Instandsetzungsumfang entsprechend den örtlichen Bedingungen abgeleitet und eine kosteneffiziente und minimalinvasive Instandsetzungsstrategie erarbeitet werden. Improving the Prediction of Condition State by Combining Different Methods Corrosion of reinforcement is the primary cause for the structural deterioration of reinforced concrete structures exposed to corrosive/ chloride environments. Corrosion results in high costs for infrastructure maintenance. Thus assessment of existing structures in terms of required structural performance (serviceability and safety performance level) is of increasing importance. Using a car park as an example, it is explained how the time dependent and area related/spatial development of the condition state of the structure are described by means of combining a full‐probabilistic deterioration model with results from condition control. This enables a cost‐optimal maintenance strategy, based on the dependence of the deterioration process on time and location.