DE2335419A1

DE2335419A1 - Messung der korrosion oder korrosionsgefaehrdung von stahlarmierungen in betonteilen

Info

Publication number: DE2335419A1
Application number: DE19732335419
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Chem Dr Binder; Richard Prof Dr Klar; Reinhard Dipl Phys Dr Knoedler; Alfons Koehling; Gerd Dr Sandstede
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1973-07-12
Publication date: 1975-02-06

Description

387-65/19/73 26. Juni 197Ö

KDB/RIM

BATTELLE - INSTITUT E.V., FRANKFURT/MAIN

Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung von Stahlarmierungen in Betonteil en

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine zweckmäßige Vorrichtung zur Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung von Stahlarmierungen in Betonteilen, wie Wänden, Decken und dergleichen.

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Bei Schadbränden spaltet der heute in großen Mengen verwendete Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC) oberhalb 12O°C HCl-Dämpfe ab, die durch die Hitze und das Löschwasser in den Beton gespült werden. Durch tiefer eindringende Chloridionen kann dabei Korrosion eingeleitet oder die Korrosionsbeständigkeit der Stahlarmierung beeinträchtigt werden, vergleiche z.B. A. Bäume! und H.J. Engell, Archiv für Eisenhüttenwesen 30 (1959), Seiten 417 bis 428. Für die Wiederherstellung betroffener Bauteile sollte die Korrosionsgefährdung der Stahlarmierung als Entscheidungshilfe bekannt sein, damit nicht Maßnahmen getroffen werden, die entweder unwirksam sind oder einen unnötig hohen Aufwand erfordern.

Als Hilfe für die Beurteilung des Zustandes von Betonteilen sind verschiedene Verfahren zur Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung erarbeitet worden. Am besten eingeführt ist die Messung der Eindringtiefe der Chloridionen in den Beton, vergleiche z.B. F.W. Locher und S. Sprung, Beton - Technische Berichte l£Li Seiten 33 bis 55 und CA. Lobry de Bruyn und E.M. Theissing, Zement, Kalk, Gips .1J5 (1962), Seiten 71 bis 74. Bei diesen - und auch anderen - Verfahren

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wird allerdings nicht direkt die Korrosion oder Korrosionsgefährdung der Stahlarmierungen gemessen, sondern nur das Vorhandensein und die Konzentration korrosionsfördernder Stoffe. Aussagen über die tatsächliche Gefährdung der Armierung sind nicht möglich. Außerdem ist die Durchführung dieser Meßverfahren langwierig und personalaufwendig.

Es besteht daher ein Bedarf an einem einfacheren und schnelleren Verfahren zur möglichst unmittelbaren Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung von Stahlarmierungen in Betonteilen,

Erfindungsgemäß wurde nun herausgefunden, daß die Nachteile bekannter Verfahren überwunden werden können und eine direkte Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung der Stahlarmierung eines Betonteiles möglich ist, wenn in einem Meßbereich zwischen der Stahlarmierung und der Oberfläche des Betonteils mit Hilfe einer auf die Oberfläche des Betonteils aufgesetzten, als Kathode dienenden Elektrode und einer direkt an die Stahlarmierung angeschlossenen Stromzuführung eine galvanische Zelle aufgebaut und mit einem konstanten Gleichstrom belastet wird, wobei die Stahlarmierung als Anode geschaltet ist, und

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wenn dabei der Potentialverlauf der Stahlarmierung gegenüber einer Bezugselektrode über einen kurz vor Einschalten des Stromes beginnenden Zeitabschnitt registriert wird,

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung wird der Potentialverlauf über einen etwa 10 see. vor Einschalten des Stromes beginnenden Zeitbereich von 1 bis 3 Min* registriert Der Strom in dem Meßbereich wird zweckmäßigerweise auf einen solchen Wert eingestellt, daß sich in der galvanischen Zelle eine ]

eine konstante Stromdichte von etwa 50 bis 500 mA/cm er-

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem auf die Oberfläche des Betonteils an der Meßstelle aufsetzbaren Meßkopf, in dem die Kathode der galvanischen Zelle und die Bezugselektrode gemeinsam in einem mit Calciumhydroxid getränkten Tampon angeordnet sind, ferner aus einem elektrischen Anschluß an die jeweils untersuchte Stahlarmierung, aus einer Konstantstromquelle und schließlich aus einem Potentialregistriergerät.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung ist es also möglich, eine direkte Aussage über die Korrosion

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oder Korrosionsgefährdung der Stahlarmierung in dem untersuchten Meßbereich zu erhalten. Da für die einzelnen Messungen nur wenige Minuten erforderlich sind, kann man mit einem vergleichsweise geringen Personalaufwand und in kurzer Zeit eine ausreichende Anzahl von Messungen an verschiedenen Orten eines Bauwerks durchführen und aus diesen Meßwerten dann mit großer Zuverlässigkeit auf den Gesamtzustand des Bauteils schließen. Die Meßergebnisse erhält man in Form von leicht auswertbaren Diagrammen des Potentialverlaufs über der Meßzeit.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Meßvorrichtung relativ einfach aufgebaut und leicht zu bedienen ist; beides erhöht die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmoglichkeiteii der Erfindung gehen aus der folgenden Erläuterung des Meßprinzips, aus den nachstehenden Darstellungen sowie aus der beigefügten schematischen Abbildung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor.

In normalem, gutem Stahlbeton sind die Mikröporen mit einer

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gesättigten Ca(OH)₀-Lösung gefüllt; der pH-Wert beträgt 12,6. Unter diesen Bedingungen ist der Armierungsstahl passiv und korrodiert nicht; bei Belastung mit einem anodischen Strom steigt nun das Potential des passiven (geschützten) Stahles bis zur Sauerstoffentwicklung an; mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Potentialanstieg, der zu dieser Säuerstoffentwicklung führt, registriert und als Anzeige für einen nicht korrosionsgefährdeten Stahl ausgewertet.

Bei abnehmendem pH-Wert, z.B. durch CO₀ oder auch durch Lokalelemente, nimmt dagegen die Korrosion oder Korrosionsgefährdung des Armierungsstahles zu. Erreichen freie Chloridionen die Stahloberfläche - ein Teil der Chloridionen wird als Calciumaluminiumcliloridhydrat 3.Ca(OII)₀.Al._O0„.CaCl_n. 1OiI₀O (Friedel'sches Salz) gebunden - läßt sich immer eine, wenn auch unterschiedlich starke Korrosion beobachten. Je nach Konzentration und Einwirkungsdauer zeigt sich Rostanflug, Lochfraßkorrosion oder vollständige Umsetzung des Stahles in sogenannten Blätterrost. Wird ein auf diese Weise Korrosion ausgesetzter oder korrosiongsgefährdeter Stahl mit einem anodischen Strom belastet, steigt das Potential nicht oder nur wenig an; es erfolgt daher keine Sauerstoffentwicklung. Das Eisen löst sich langsam auf. Aus dem nach

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dem erfindungsgemäßen Verfahren registrierten, geringen Potentialanstieg oder gleichbleibenden Potentialverlauf läßt sich also mit Sicherheit auf eine Korrosion oder Korrosionsgefährdung des Armierungsstahles schließen.

Nun ist die Aufnahme von Strom-Spannungs- oder Potential-Zeit-Kurven unter anodischer Belastung von Stahl in Beton nicht unproblematisch, da durch die anodische Polarisation eine Anreicherung von Chloridionen und eine Verarmung an Hydroxid!onen eintreten kann, wodurch ein ursprünglich passiver, d.h. geschützter Stahl in den aktiven Zustand übergehen kann. Daher müssen die Ströme gering und die Meßzeiten kurz gehalten werden. Bei der Auswertung ist auch der Ohm'sche Spannungsabfall zu berücksichtigen, der im Beton wegen des hohen elektrischen Widerstandes im Vergleich zu wässerigen Elektrolytlösungen sehr groß ist.

Eine Vorrichtung zur Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht aus einem Meßkopf und einem Meßteil, die über lange flexible Leitungen miteinander verbunden sind. Der Meßkopf enthält in einem geschützten Gehäuse ein mit Ca(OII)₂ getränktes Tampon, in dem sich nebeneinander eine Platingegenelektrode

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und eine Bezugselektrode befinden. Daß Meßteil enthalt eine Konstantstromquelle, einen Schreiber und alle für die Steuerung des Meßablaufs, der Registrierung und der Weitergabe der Meßwerte und weiterer Vorgänge notwendigen Relais und Schaltelemente.

V/ie aus der beigefügten, schematisch vereinfachten Zeichnung ersichtlich ist, wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens zunächst ein Loch in das Betonteil 1, beispielsweise eine Gebäudedecke , bis auf die Stahlarmierung gebohrt und ein Kontaktdraht 3 mit einer federnden Klemmvorrichtung fest auf die Stahlarmierung gedrückt, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt herzustellen. Dieser Kontaktdraht 3 ist mit dem Meßteil der dargestellten Vorrichtung verbunden* Anschließend wird der Meßkopf 4 an einer Meßstelle möglicher Korrosion oder Korrosionsgefährdung unmittelbar über dem Armierungsstahl auf das Betonteil aufgesetzt. Zuvor wurde die Lage des Armierungsstabes in dem Beton mit einem handelsüblichen Ortungsgerät für verborgene Metallteile festgestellt.

Nun wird beispielsweise durch Drücken einer Taste ein Programm eingeschaltet, das in einer Zeit von 1 bis 3 Min. teilweise

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nach - und nebeneinander die verschiedenen, zur Messung und Registrierung des Potentialverlaufs notwendigen Vorgänge auslöste

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird zuerst das Registriergerät 5 eingeschaltet und bleibt bis zum Ende der Messung in Betrieb. In den ersten 30 see«, - 10 see» würden auch genügen - wird das Ruhepotential des Armierungsstahls gegen die im Tampon befindliche Bezugselektrode 6 vorzugsweise eine Quecksilber/Quecksilberoxid-Elektrode registriert* Danach wird über die Gegenelektrode, nämlich über die Kathode 7, mit einer Konstantstromquelle 0 der Armierungsstahl mit einem Strom von 100 ΛίΑ 2 min« lang anodisch belastet« Der Strom wird dabei über ein eingebautes Mikroamperemeter 9 eingestellt und kontrolliert,. Durch den hohen eiektrolytischen Widerstand der Betonmasse breitet sich das elektrische Feld nicht sehr weit aus, so daß ein Stromfluß nur zwischen der Kathode 7 und dem unmittelbar darunter befindlichen Armierungsstahl 2 festzustellen ist.

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Das zwischen dem Armierungsstahl 2 und der Bezugselektrode gemessene Potential wird somit durch das elektrochemische Verhalten des Stahles an gerade dieser Stelle bestimmt und die Potential-Zeit-Kurve zeigt das passive oder aktive Verhalten des geschützten oder korrosionsgefahrdeten Stahles an. Nach dem Einschalten des Stromes steigt das registrierte Potential sprunghaft um etwa 100 bis 200 mV an. Dieser Spannungsanstieg ist durch den ohmschen Spannungsabfall zwischen dem Armierungsstahl 2 und der Gegenelektrode 7 (Kathode) bedingt und für einen passiven und aktiven Stahl gleich groß. Bei einem passiven Stahl steigt danach das Potential in 1 bis 2 min. um mehrere hundert mV an, während bei einem aktiven, also bereits korrodierten oder korrosionsgefahrdeten Stahl, das Potential nur wenig ansteigt, konstant bleibt oder sogar langsam fällt. Nach einer Meßzeit von 2 min. wird der Strom wieder ausgeschaltet und im Diagramm erscheint nun noch einmal der ohmsche Spannungsabfall, diesmal in umgekehrter iiichtung. 30 see. später wird auch der Schreiber ausgeschaltet und der Meßvorgang ist beendet. Bei einem Papiervorschub von 30 mm/min, wird in dieser Zeit ein 90 mm langes Diagramm erhalten, das eine eindeutige Beurteilung des Zustandes bzw. Korrosionsverhaltens der Stah!armierung an der Meßstelle ermöglicht. Die Auswertung

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und Protokollierung der Meßergebnisse kann mit handelsüblichen Geräten leicht den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden. So ist es möglich, die Werte in Prüfprotokollen auszudrucken oder auf Lochstreifen zu speichern.

Nach Ablauf des Meßprogamms ist die Meßanordnung sofort wieder meßbereit und nach Aufsetzen des Meßkopfes auf den nächsten Meßpunkt kann die nächste Messung beginnen; die Kontaktierung über die Leitung 3 an den Armierungsstab bleibt für mehrere Messungen unverändert«

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erläuterten MeB-vorrichtung ist es somit möglich, wie bereits ausgeführt \iTurde, auch in großen Gebäuden eine ausreichende Anzahl von Messungen in relativ kurzer Zeit durchzuführen und damit einen vollständigen Überblick über die bereits erfolgte Korrosion oder Korrosionsgefährdung der Stahlarmierung als Entscheidungshilfe für die Wiederherstellung des betroffenen Bauwerkes zu erhalten.

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Claims

Al

Pat ent ansprü ehe

( Iy Verfahren zur Messung der Korrosion oder Korrosionsgefährdung von Stahlarmierungen in Betonbauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Meßbereich zwischen der Stahlarmierung und der Oberfläche des Betonteils mit Hilfe einer auf die Oberfläche des Betonteils aufgesetzten Elektrode und einer elektrisch leitent an die Stahlarmierung angeschlossenen Stromzuführung eine galvanische Zelle aufgebaut und mit einem konstanten Gleichstrom belastet wird, wobei die Stahlarmierung als Anode geschaltet ist, sowie daß der Potentialverlauf der Stahlarmierung gegenüber einer Bezugselektrode über einen kurz vor Einschalten des Stromes beginnenden Zeitabschnitt registriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialverlauf über einen etwa 10 see. vor Einschalten des Stromes beginnenden Zeitbereich von etwa 1 bis 3 Minuten registriert wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch nekennaclcimet daß in der galvanisclien Zelle eine konstante Stiver clicIicc

ο
von etwa 50 bis 500 /luvcm" eingestel Lt wird»

4* Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nucl· der Ansprüche 1 bis G, ^^j^cj^_gelcennz^eicimot _? caf) diese im wesentliehon aus einem auf dio Oborflacht des Detonteils (l) an der MeSstclle ^ufsetzbaren. i-ieß*iopi? (4), in dem die Kathode (7) der galvanischen Zelle un.d dio Bezugselektrode (fi) gemeinsam m einem viii t Calciiirahydroxid getränkten Tampon angeordnet sind, aus einem elektrischen Anschluß an die Stahlarmlarung, .ⁿxs ein.^r Konstantstromquelle nnü au« einem
gerät besteht.

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