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    KATHODISCHER KORROSIONSSCHUTZ (KKS)

    KATHODISCHER KORROSIONSSCHUTZ (KKS)

    Seit den ersten KKS-Projekten in den Niederlanden vor fast 30 Jahren wurde diese spezielle Art der Betoninstandhaltung nicht nur zu einem vollwertigen und nachweislich effektiven Verfahren zur definitiven Beendigung der Bewehrungskorrosion weiterentwickelt, sondern wurden auf der Grundlage dieser Technik zahlreiche Möglichkeiten zum Einsatz bei verschiedenen Formen der Bewehrungskorrosion in allen Marktsegmenten entwickelt.

    Ursachen der Bewehrungskorrosion und Anwendung des KKS.

    In der Mehrzahl der Fälle, in denen von Betonschäden gesprochen wird, ist Bewehrungskorrosion die eigentliche Ursache. Die anderen Ursachen lassen sich überwiegend auf chemische Korrosion, beigemischte Verunreinigungen im Gemisch oder auf einen externen mechanischen Ursprung zurückführen.

    Da die Korrosionsprodukte ein viel größeres Volumen als der ursprüngliche Bewehrungsstahl haben, entstehen im Innern Spannungen, wodurch die Betondeckung abgesprengt wird und der Betonschaden eine Tatsache ist. Zu dieser Bewehrungskorrosion kann es kommen, wenn die Passivierung des Stahls, die im angrenzenden Beton gebildete Schutzschicht, durchbrochen wird. Dies kann grundsätzlich auf zweierlei Weise erfolgen: durch Carbonatisierung (Versauerung durch Kohlendioxid aus der Luft) und durch Chloride. Letzteres ist möglich in der Form von Calciumchlorid, das dem Mörtel als Abbindebeschleuniger beigemischt wurde, oder in Form von eingedrungenen Chloriden, die bei der Verwendung von Auftausalzen freigesetzt wurden oder – bei Objekten an oder in der Nähe einer Meeresküste – aus so genanntem Salzsprühnebel stammen. Die Verwendung von Chlorid als Abbindebeschleuniger findet man zumeist bei Objekten und Fertigbeton aus der Zeit vor 1974. In den Betonvorschriften aus dem Jahr 1974 wurde die Verwendung von Chlorid auf ein Maximum von 0,4 % des Zementgewichts begrenzt. Es ist allerdings wichtig, festzustellen, dass dies für neuen, wegen der Senkung des pH-Werts (Säuregrads) des Betons noch nicht carbonatisierten Beton gilt. Je niedriger der Säuregrad, desto schneller wird der Beton durch eingedrungenes Kohlendioxid carbonatisiert.

    Auf eingedrungene Chloride stößt man bei Kunstbauten (vor allem an den Fugen, Trägern und Widerlagern, die leckageempfindlich sind), Böden von Parkhäusern und Galerien im Wohnungsbau infolge der Verwendung von Auftausalzen sowie bei Fassaden und Objekten in einem breiten Streifen entlang der Küste, wo das im (Wasser-)Dampf aufgelöste Salz langsam in den Beton eindringen kann.

    Durch den Verlust der Passivierung des Bewehrungsstahls kommt es durch ausreichenden Sauerstoff und durch Feuchtigkeit in der Umgebung zur Korrosion des Bewehrungsstahls. Daneben ist es auch hilfreich zu wissen, dass Korrosion eigentlich ein elektrochemischer Prozess ist. Da zwischen den beiden Elektroden (Anode und Kathode) ein Potenzialunterschied entsteht, fließt ein kleiner, aber dennoch messbarer Strom.

    Warum unterscheiden wir nun zwischen der durch Carbonatisierung verursachten und der durch Chlorid verursachten Bewehrungskorrosion? Der wichtigste Unterschied kommt in der Art und Weise, wie der Stahl korrodiert, zum Ausdruck. Bei einer durch Carbonatisierung verursachten Bewehrungskorrosion findet sich ein gleichmäßigeres Muster und geht die Bildung der Korrosionsprodukte mit einer umfangreicheren Volumenvergrößerung einher. Dadurch wird mehr Betondeckung abgesprengt und wird die Bewehrung bloßgelegt. Bei einer durch Chloride verursachten Korrosion kommt es zur gefährlichen Form der Lochfraßkorrosion. Diese ist aus mehreren Gründen gefährlich. Zum einen sendet dieser Mechanismus nicht direkt durch Absprengen der Betondeckung ein Warnsignal, sondern wird die charakteristische Rostausblutung erst sichtbar, nachdem die Korrosion der Bewehrung weit vorangeschritten ist und das Korrosionsprodukt durch die Betonschicht nach außen ausblutet. Zu diesem Zeitpunkt liegt folglich bereits eine erhebliche Durchlöcherung der Bewehrung vor, und gerade dies stellt das Risiko für das Bauwerk dar. Da die Bewehrung dazu dient, die Zugkräfte im Beton aufzunehmen, führt eine Verringerung des Bewehrungsdurchschnitts auch direkt zu einer Verringerung der Tragfähigkeit der gesamten Konstruktion. Ein weiteres Problem der Chloride im Beton entsteht dadurch, dass bei der herkömmlichen Betoninstandsetzung neben der Reparatur eine beschleunigte Korrosion vorliegt, wodurch der Effekt dieser Reparatur schneller wieder verlorengeht. Dies ist so genannte Flickschusterei (Patching Effect). Ein weiterer großer Unterschied zwischen der durch Chloride oder Carbonatisierung verursachten Bewehrungskorrosion besteht darin, dass bei der durch Chloride verursachten Form häufig höhere Potenzialunterschiede auftreten. Während bei der durch Carbonatisierung verursachten Korrosion Potenzialunterschiede von -150 mV entstehen, können sie bei der durch Chloride verursachten Korrosion bis zu -350 mV und mehr ansteigen.

    Kurzum: eine durch Chloride verursachte Bewehrungskorrosion ist ein gefährlicher Schadensmechanismus, der sich nicht auf herkömmliche Weise instand setzen und kontrollieren lässt. Und genau für dieses Problem bietet der KKS eine 100 % garantierte Lösung.

    Kathodischen Korrosionsschutz gibt es in vielen Formen. Das Funktionsprinzip basiert auf der Umkehrung des Stromflusses durch die Einführung einer weiteren Anode, die dazu dient, die Funktion des sich in Auflösung begriffenen Bewehrungsstahls zu übernehmen. Dadurch gelangt der Stahl auf die sichere Seite der Reaktion und kann nicht weiter korrodieren.

    In der europäischen Norm NEN-EN 12696 und der niederländischen CUR-Empfehlung 45 sind für die Anwendung von KKS-Systemen verschiedene Vorschriften festgelegt. Vom Entwurf, den Messungen und Prüfungen beim Anbringen und vor der Inbetriebnahme bis hin zur vorgeschriebenen Überwachung der Systeme über einen Zeitraum von 10 Jahren nach der Anbringung.

    Für den KKS gibt es 2 grundlegende Prinzipien:

    1. Der galvanische kathodische Korrosionsschutz, bei dem ein unedleres Metall, zumeist aktiver Zink, als Anode verwendet wird. Die Wirkungsweise basiert auf der galvanischen Wirkung der Metalle. Dabei „opfert“ sich das unedle Metall für das edlere Metall. Eigentlich ist dies der gleiche Prozess wie beim Verzinken von Stahl. Da dieses System de facto seine eigene Batterie bildet, wird keine externe Stromquelle benötigt und wird exakt so viel Schutzstrom erzeugt, wie für den Schutz des Stahls benötigt wird. Dadurch sind nach der Installation auch keine weiteren Arbeiten mehr erforderlich. Diese Form des KKS wird als Oberflächenanode, beispielsweise in Form einer Zinkfolie auf einem leitfähigen Gel oder als einzubauende oder später einzusetzende diskrete Anode angebracht. Die Wirkung kann lokal stark begrenzt werden und die Kosten bei gelegentlichen Problemen sind weitaus niedriger als bei der zweiten Variante des KKS.
    2. Der kathodische Korrosionsschutz auf Basis von Fremdstrom. Dabei wird ein Anodenmaterial angebracht, das mit einem sehr kleinen, externen Schutzstrom gespeist wird. Es gibt verschiedene Anodenmaterialien, alle mit eigenen Vor- und Nachteilen. So gibt es beispielsweise leitfähige Beschichtungen und die extrem haltbaren Titanstreifen, Anodennetze und -gitter sowie verschiedene Arten von Kernanoden. Dort, wo galvanische Systeme den Anforderungen nicht genügen, wie beispielsweise auf größeren Oberflächen und bei stärkeren Bewehrungskonzentrationen (im Falle schwerer Konstruktionen) bieten diese speziell für die betreffende Situation entworfenen Systeme eine optimale Lösung für die Korrosionsprobleme der Betonkonstruktion. Wie schon gesagt, verlangt die Installation derartiger Systeme eingehende Voruntersuchungen sowie eine genau geplante Entwurfs- und Bauausführung. Arbeit für Spezialisten!

    Kathodische Prävention: weitere Anwendungen des kathodischen Korrosionsschutzes

    Obwohl der KKS zumeist mit der Existenz hoher Chloridkonzentrationen im Beton in Verbindung gebracht wird, sind auch andere, höchst interessante KKS-Anwendungen denkbar. Dazu gehören unter anderem die folgenden Optionen:

    • Bei stark carbonatisiertem oder porösem Beton in einer aggressiven Umgebung, beispielsweise in schlecht zugänglicher Lage, kann die Installation eines KKS-Systems auf präventiver Basis im Hinblick auf die Instandhaltung eine attraktive Alternative darstellen.
    • Als präventive Maßnahme mit dem Einbau eines „schlafenden“ Systems schon beim Neubau, wobei zuerst lediglich eine Überwachung erfolgt und das System erst später, wenn höhere Stromdichten gemessen werden und eine Lochfraßkorrosion droht, tatsächlich „eingeschaltet“ wird. Auch diese Lösungen ergeben sich aus dem zunehmenden Bewusstsein, dass Vorbeugen besser als Heilen ist, wobei natürlich auch mit Blick auf die Gesamtbetriebskosten eine strategisch und wirtschaftlich fundierte Basis Voraussetzung ist.

    Die Ingenieure und Korrosionsschutzexperten von SealteQ untersuchen die Probleme, informieren über die Möglichkeiten, entwerfen und spezifizieren die Lösungen und realisieren das Ganze für Sie nach den Regeln der Kunst. Einschließlich Wartung, Überwachung und Protokollierung, vollständig im Einklang mit den internationalen Vorschriften. Mit einem KKS haben Sie die volle Gewähr, dass in den geschützten Abschnitten eine zukünftige Korrosion ausgeschlossen ist.

    Unser stark auf Innovation und Qualität ausgerichtetes Dienstleistungsangebot bietet unseren Kunden die Gewähr einer Lösung nach Maß. Mit der Gesamtkostenbetrachtung und dem TCO-Ansatz leisten wir einen Wertschöpfungsbeitrag zur strategischen Organisation Ihrer Instandhaltungsaufgaben.

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