Experimentelles Protokoll den Chlorid-Schwellenwert für Korrosion in Proben aus Stahlbeton Strukturen bestimmen

Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist die Messung des Chlorid-Schwellenwerts, der ein wesentlicher Parameter ist, der die Korrosionsbeständigkeit von Stahlbeton charakterisiert. Dieser Parameter wird in allen aktuellen Modellen benötigt, um chloridinduzierte Korrosion in Beton vorherzusagen. Es ist zwar allgemein bekannt, dass die Chlorid-Grenzwerte stark von Faktoren wie den verwendeten Materialien abhängen, aber es ist gängige Praxis, sich auf allgemeine Werte zu verlassen, die in Normen oder Lehrbüchern festgelegt sind.

Der Hauptvorteil unseres Verfahrens besteht darin, dass es die Prüfung von Ingenieurbauwerken ermöglicht. Dies ähnelt den etablierten Methoden zur Prüfung mechanischer Eigenschaften wie der Betonfestigkeit. Durch die Untersuchung von Proben aus Strukturen stellen wir reale Bedingungen sicher, die die Chlorid-Grenzwerte stark beeinflussen.

Als Beispiel dient die Grenzfläche Stahlbeton, die in im Labor hergestellten Proben nicht repräsentativ nachgeahmt werden kann. Beginnen Sie mit der Auswahl von Prüfbereichen in der Betonstruktur, wie im Textprotokoll beschrieben. Lokalisieren Sie die Bewehrungsstahlstäbe im Beton mit Hilfe eines zerstörungsfreien Handscangeräts, das allgemein als Bewehrungsstahldetektor bekannt ist.

Bewegen Sie den Stahldetektor sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung über die Betonoberfläche innerhalb des Prüfbereichs. Markieren Sie jeden Bewehrungsstahlstab mit Kreide vorübergehend in Gitterform auf der Betonoberfläche. Wählen Sie die Standorte für die Kernbohrung von Kernen mit einem Durchmesser von mindestens 150 Millimetern aus.

Markieren und beschriften Sie sie auf einer Betonfläche. Bohren Sie die Betonkerne, die das Segment des Bewehrungsstahls enthalten, gemäß den gängigen Verfahren und Normen. Entfernen Sie nach dem Bohren den Betonkern z. B. mit einem Meißel aus dem Bauwerk.

Wickeln Sie den Kern abschließend in eine Diffusionsfolie ein, um die Feuchtigkeitsbedingungen während des Transports zum Labor zu erhalten. Die Betondeckung an der Vorderseite, also der ursprünglich freigelegten Seite, wird durch wassergekühltes Diamantschneiden reduziert. Streben Sie eine endgültige Betondeckschichtdicke der Probe im Bereich von 15 bis 20 Millimetern an.

Stellen Sie anschließend eine Kabelverbindung her und schützen Sie die Stangenenden des Bewehrungsstahls während der Expositionsprüfung vor falscher Korrosionsauslösung. Dazu wird zunächst mit einem Kernbohrer mit einem Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser des Bewehrungsstahlstabs, der an jedem Stabende über eine maximale Länge von 10 Millimetern den Beton um den Stahl herum abträgt. Kratzen Sie die Reste des Zementleims, die an der Stahloberfläche haften, mit Hilfe geeigneter Werkzeuge ab.

Bohren Sie dann ein kleines Loch in eines der Enden der Stahlstangen und befestigen Sie mit einer selbstschneidenden Metallschraube einen Kabelschuh an der Stahlstange. Füllen Sie den Spalt, der um die beiden Stahlstangenenden entstanden ist, mit einer dichten Zementmasse, einem Mörtel oder einem Mörtel, indem Sie die Aufschlämmung vorsichtig in die Löcher gießen. Beschichten Sie auch die Schraubendlasche des Kabelanschlusses.

Das eben beschriebene Verfahren ist entscheidend, um eine falsche Korrosionsauslösung zu vermeiden. Das bedeutet, Korrosion an den Stahlstangenenden. Um die freiliegende Oberfläche zu begrenzen, beschichten Sie die Seitenfläche des Kerns mit einem Epoxidharz, beschichten Sie auch die Stangenenden des Armierungsstahls und den Kabelanschluss.

Mit dem gleichen Epoxidharz beschichten Sie die Endteile der Sichtbetonoberfläche an der Seite des Kerns, die bisher der strukturellen Betonoberfläche am nächsten war. Lassen Sie auf dieser Seite eine unbeschichtete freiliegende Länge von 60 bis 80 Millilitern entlang der Stahlstange. Legen Sie alle Proben mit der Probenseite mit einer Dicke von 15 bis 20 Millilitern Beton nach unten in den Tank.

Montieren Sie die Proben auf kleinem Raum, damit die Lösung von der Unterseite der Proben aus exponiert werden kann. Legen Sie dann die Referenzelektrode in die Expositionslösung. Schließen Sie alle Proben an einen automatisierten Datenlogger an, der die Potentiale der Betonstahlstäbe im Vergleich zur gängigen Referenzelektrode individuell messen kann.

Füllen Sie den Tank mit Leitungswasser bis zu einem Niveau, in dem alle unteren Seiten der Kernproben mit der Lösung in Kontakt kommen, aber nicht vollständig eingetaucht sind. Halten Sie den Kontakt zwischen der Referenzelektrode und der Expositionslösung aufrecht und beginnen Sie sofort mit der Datenaufzeichnung, indem Sie die Potentiale aller Proben im Vergleich zur Referenzelektrode messen. Ersetzen Sie nach ein bis zwei Wochen in chloridfreier Lösung die Expositionslösung durch die vorbereitete Lösung von 3,5 Gew.-% Natriumchlorid.

Überwachen Sie weiterhin die Potenziale der Proben und überprüfen Sie regelmäßig den Korrosionszustand jeder Probe, indem Sie die aufgezeichnete Entwicklung der Potenziale im Laufe der Zeit jeder Probe auswerten und das Kriterium für die Korrosionsauslösung berücksichtigen. Nach 60 Tagen erhöhen Sie die Natriumchloridkonzentration in der Lösung auf 7 Gew.-%. Erhöhen Sie nach 120 Tagen die Natriumchloridkonzentration in der Lösung auf 10 Gew.-%.

Halten Sie danach die Chloridkonzentration auf diesem Niveau. Bei der Bewertung der aufgezeichneten Stahlpotentiale während der Exposition sind diese beiden Kriterien für die Einleitung der Korrosion zu verwenden, um den Korrosionszustand jeder Probe zu überprüfen. Das erste Kriterium ist eine mögliche Abnahme von mehr als 150 Millivolt gegenüber dem passiven Niveau innerhalb eines Zeitraums von fünf Tagen oder kürzer.

Das zweite Kriterium ist, dass in den folgenden 10 Tagen das Potential, das stabil auf dem erreichten negativen Niveau bleibt, weiter abnimmt oder sich um maximal 50 Millivolt erholt. Sobald dieses Kriterium für die Einleitung der Korrosion erfüllt ist, ist die Probe sofort aus der Expositionslösung zu entfernen. Dokumentieren Sie die Zeit bis zum Beginn der Korrosion der Probe.

Um mit der Probenanalyse zu beginnen, teilen Sie zunächst die Probe, um die Stahlstange zu entfernen. Schneiden Sie den Betonkern von der Rückseite mit einer wassergekühlten Diamanttrennscheibe ab. Stellen Sie sicher, dass der Abschnitt senkrecht zur hinteren Fläche und parallel zum Bewehrungsstahlstab ausgerichtet ist.

Um eine Beschädigung der Stahlstange zu vermeiden, achten Sie darauf, dass die Schnitttiefe nicht den Stahl erreicht. Halten Sie etwa 10 Millimeter für einen Sicherheitsabstand ein. Führen Sie einen Meißel oder ein ähnliches Werkzeug ein und teilen Sie den Betonkern in zwei Hälften, um den Beton um die Stahlstange herum zu teilen.

Entfernen Sie den Bewehrungsstahlstab vorsichtig aus dem Beton, so dass die beiden Hälften der Betonprobe die Abdrücke des Stahlstabs aufweisen. Dokumentieren Sie sofort das optische Erscheinungsbild der Stahlbeton-Grenzfläche, indem Sie sowohl die Stahloberfläche als auch die Stahlstababdrücke im Beton untersuchen. Um die Chloridanalyse durchzuführen und den kritischen Chloridgehalt zu bestimmen, werden die Teile entfernt, die mittels wassergekühltem Diamantschneiden an beiden Hälften des Betonkerns mit Epoxidharz beschichtet wurden.

Von den erhaltenen Prismen wird der Beton und die Deckungszone mit einer wassergekühlten Diamantbeschichtung bis zu zwei Millimetern bis zur Stahlstange entfernt. Anschließend den Beton zerkleinern und das Schleifpulver auffangen. Die Dicke dieses Schleifschrittes beträgt vier Millimeter.

Trocknen Sie die erhaltenen Betonpulverproben bei 105 Grad Celsius auf ein konstantes Gewicht. Berechnen Sie dann den Durchschnitt der beiden Werte. Dokumentieren Sie das Ergebnis der Chloridanalyse, d. h. den kritischen Chloridgehalt für die jeweilige Probe.

Achten Sie darauf, anzugeben, ob der Wert in Gewichtsprozent Beton oder Zement ausgedrückt wird. Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für Stahlpotentiale, die während der Chloridexposition im Labor überwacht wurden. Das Potential kann innerhalb kürzester Zeit deutlich abfallen, aber der Korrosionsprozess kann sich nicht instabil ausbreiten, was sich durch die Erhöhung des Potentials in Richtung seines anfänglichen passiven Niveaus bemerkbar macht.

Bei etwa 60 Tagen Exposition sinkt das Potenzial schließlich um mehr als 150 Millivolt und bleibt 10 Tage lang im negativen Bereich. Damit ist das Kriterium für die Teilung der Stichprobe erfüllt. Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für den Korrosionsfleck auf dem Stahlstab nach dem Aufteilen der Probe.

Repräsentative Ergebnisse für den kritischen Chloridgehalt wurden aus einem mehr als 40 Jahre alten Tunnel in den Schweizer Alpen gewonnen. Die Grafik zeigt die Ergebnisse von 11 Betonkernen und ergibt somit die statistische Verteilung des kritischen Chloridgehalts für das untersuchte Bauteil. Im Gegensatz zu empirischen Erfahrungen aus Bauwerken, die eine nach Korrosionsauslösung angestrebte Definition anstrebten.

Mit dieser Methode können Chlorid-Schwellenwerte für Bauteile oder bestimmte Strukturen gemessen werden, bevor es zu einer Korrosionsdegradation kommt. Vergleichen Sie mit der gängigen Praxis, konstante tabellarische Chlorid-Schwellenwerte zu verwenden, so wird die Anwendung unserer Methode in der Ingenieurpraxis die Genauigkeit von Zustandsbewertungen und die Vorhersagekraft von Modellen zur Analyse der verbleibenden Lebensdauer von Bauwerken verbessern.