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Beton-Korrosion

Eine der häufigsten Schadensformen an Stahlbetonbauteilen ist die Korrosion der Bewehrung infolge Chloridbelastung mit oft gravierenden Folgen für die Stand-sicherheit und Gebrauchsfähigkeit der Bauteile.
Der eingebettete Stahl korrodiert, sobald der umgebende Beton carbonatisiert. Die Geschwindigkeit dieser Carbonatisierung ist umso höher, je mehr Fehlstellen, Nester, Poren oder ungleichmäßige Verdichtungen der Beton aufweist.
Der nach außen sichtbare Effekt sind Risse und Abplatzungen in der Betondeckschicht. Wo bereits solche Oberflächenschäden deutlich werden, ist eine Sanierung von Grund auf unverzichtbar.

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Grundlagen

Stahlbeton ist ein Verbundbaustoff. Das Zusammenwirken zwischen Bewehrungsstahl und Beton beruht im wesentlichen auf folgenden drei Komponenten.
  • die chemische Verträglichkeit zwischen Beton und Stahl, damit verbunden der durch die Alkalität des Betons bewirkte Korrosionsschutz der Bewehrung.
  • die Verbundwirkung zwischen Beton und Stahl, welche eine Kraftübertragung gewährleistet.
  • Die etwa gleiche lineare Temperaturausdehnung unter Gebrauchsbedingungen.

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Einstufung der Mängel

Korrosionsschäden bei Stahlbeton sind grundsätzlich technische Mängel, welche allgemein die Leistungsfähigkeit des Bauwerkes bzw. des Bauwerkteiles konstruktiv mindern. Eine globale Einstufung derartiger Mängel ist praktisch nicht möglich und es bedarf einer fachgerechten genauen Diagnose. Erfahrungsgemäß kann das wirkliche Ausmaß des Schadens erst im Rahmen partieller Untersuchungen festgestellt werden.
Hierzu gehören:
  • Druckfestigkeit des Betons
  • Haftzugfestigkeit des Betons
  • Karbonatisierungstiefe
  • Betonüberdeckung
  • Feuchtigkeit
  • Rißbreiten
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Ursachen

Grundsätzlich basieren Betonschäden durch Korrosion auf folgender Ursache.
Zement hydratisiert bei Wasserzugabe von ca. 40% seines Gewichtes chemisch bzw. physikalisch. Steigt der W/Z-Wert (Wasserzementwert), wie es aus verarbeitungstechnischen Gründen unumgänglich ist, so entstehen Kapillarporen, welche das überschüssige Hydratwasser aufnehmen. Der Kapillarporenanteil bestimmt die Dichte des Betons und langfristig gesehen den Karbonatisierungsablauf, das heißt gegebenenfalls den Abbau der Betonalkalität und damit des natürlichen Rostschutzes der zur Zugfestigkeit eingelegten Stahlbewehrung. Mit anderen Worten: Je höher der Wasserzementwert, desto größer der Kapillarporenanteil und poröser die Betonstruktur und kurzfristiger unter sonst gleichen Voraussetzungen der Karbonatisierungsfortschritt, bei dem sich unter Einfluß von Kohlendioxid Kalziumhydroxid in Kalziumkarbonat umwandelt. Erreicht die Karbonatisierung den Bewehrungsstahl, wird unter Einfluß von Sauerstoff und Wasser die korrosionsschützende Passivschicht des Stahl zerstört, der Stahl in seiner Oberfläche in Rost umgewandelt, der mittels 2,5 fachen Volumens zur Absprengung der Betonüberdeckung führen kann.

Je hochwertiger ein Beton, d.h. je dichter, sprich kapilarporenärmer und damit druckfester, und je ausreichender die Bewehrungsüberdeckung (max. Korn + 5mm), desto geringer ist die Fronttiefe der Karbonatisierung (Stillstand der chemischen Umwandlung), desto langlebiger ist der Beton selbst. Je poröser dagegen das Betongefüge, also reichhaltiger der Kapillarporenanteil, desto geringer ist die Druckfestigkeit und desto kurzfristiger ist der Alkalitätsabbau und bei unzureichender Überdeckung die Korrosion der Bewehrung und die Zerstörung der Betonoberfläche.
So ist z.B. die Karbonatisierungstiefe, bezogen auf den W/Z-Wert (bei sonst gleichen Gegebenheiten) bei 0,5 etwa nur halb so groß wie bei 0,7. Hinzu kommt, daß die Kapillarporen einer Verbundwirkung unterworfen sind, was sich verständlicherweise beschleunigend auf die Karbonatisierungsgeschwindigkeit auswirken kann. Die Ursache einer Bewehrungskorrosion und der sich daraus ableitenden Betonflächenzerstörung liegt also einerseits an der Unzulänglichkeit der Betonstruktur und andererseits an einer zu geringen Bewehrungsüberdeckung.

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Analyse

Korrosionsschäden bei Stahlbeton sind grundsätzlich Mängel, welche allgemein die Leistungsfähigkeit des Bauwerks bzw. des Bauwerkteiles konstruktiv mindern.

Unzureichende Überdeckungen stellen auch bei fachgerechter Überarbeitung einen sogenannten merkantilen Minderwert dar, d.h. auch bei Beseitigung der Schäden besteht ein Anspruch auf Wertminderung ggf. in Höhe der zu erwartenden laufenden Unterhaltungsarbeiten. Eine globale Einstufung derartiger Mängel ist praktisch nicht möglich und sie bedarf einer vorgeschalteten, fachgerechten, durch einen vereidigten Sachverständigen erstellten Diagnose.

Erfahrungsgemäß kann das wirkliche Ausmaß des Schadens u.U. erst im Rahmen partieller Untersuchungen – das setzt z.B. den Einsatz eines Fassadengerüstes bzw. einer hydraulischen Hebebühne voraus – ermittelt und auch die Überarbeitungskosten überschlagen werden.

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