DAUERHAFTIGKEIT VON TIEFGARAGEN, KORROSIONSAUSLÖSENDE PROZESSE, TYPISCHE SCHADENSBILDER

Einleitung:

Tiefgaragen zählen zu den Ingenieurbauten die neben mechanischen und dynamischen Einwirkungen, massiven Beaufschlagungen von Feuchtigkeit und Taumitteln (Streusalze im Winter) ausgesetzt sind.:

Korrosionsauslösende Prozesse:

Die Stahlbewehrung in Bauwerken aus Stahlbeton ist im alkalischen Zementsteinmilieu des Betons gegen Korrosion geschützt. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich bei pH-Werten >10 eine für Sauerstoff und Wasser nahezu undurchlässige Passivierungsschicht auf der Oberfläche des Bewehrungsstahls ausbildet [R] 22. Die Passivierung der Bewehrung kann durch die Veränderung des pH-Werts durch die Einwirkung von Tausalzen/Chloriden (siehe 1.0 Chloridinduzierte Korrosion der Bewehrung) oder aufgrund der Karbonatisierung (siehe induzierte Korrosion der Bewehrung), durch das Absinken des PH-Wertes, aufgehoben werden. Treten dann Wasser und Sauerstoff hinzu, korrodiert (rostet) der Bewehrungsstahl, wobei es in der Folge zu einer Volumenvergrößerung und damit zur Bildung von Betonabplatzungen oberhalb des Bewehrungsstahls kommt.

 
Abb. 1: Betonabplatzungen an einer Stahlbetonstütze infolge der Korrosion des Bewehrungsstahls. Typische, flächige Betonabplatzungen.

Während es sich bei der karbonatisierungsinduzierten Stahlkorrosion (2) ein flächig auftretendes Phänomen handelt (siehe 1), läuft die chloridinduzierte Stahlkorrosion häufig in lokal begrenzten Bereichen ab (sog. Lochfraßkorrosion, siehe 2).

 
Abb. 2: Typische Narben einer aktiven Lochfraßkorrosion.

Die Zerstörung der Passivschicht geschieht bei der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion dadurch, dass die am Bewehrungsstahl befindlichen Chloride einen kritischen korrosionsauslösenden Gehalt erreichen bzw. überschreiten. Hierbei wird die Schutzschicht am Stahl lokal zerstört und löst eine lokale Lochfraß- oder Muldenkorrosion aus. Bei der chloridinduzierten Korrosion bildet sich ein elektrochemisches Element, das durch örtlich begrenzte kleine Anoden (Stahl) und einen demgegenüber relativ großen Kathodenbereich (Beton) gekennzeichnet ist. In der Folge kommt es zu einer punktuell, rasch fortschreitenden Auflösung des Betonstahls (siehe Typische Narben einer aktiven Lochfraßkorrosion. Die chloridinduzierte Stahlkorrosion verläuft nur dann in relevanter Geschwindigkeit ab, wenn der kritische korrosionsauslösende Chloridgehalt auf Höhe des Bewehrungsstahls überschritten wird und die weiteren Voraussetzungen für die Stahlkorrosion (z.B. Zutritt von Feuchtigkeit und Sauerstoff) gegeben sind.
Zur Bestimmung der Gehalte der in den Beton eingedrungenen Chloride sind Proben (Bohrmehl oder Bohrkernscheiben) in unterschiedlichen Tiefen von der Betonoberfläche aus zu entnehmen.

In der Regel sind Betonbauwerke einer ständigen Beanspruchung durch das in der Luft befindliche Kohlendioxid (CO2 ) ausgesetzt. Die CO2 -Konzentration in der Atmosphäre liegt bei ca. 0,04 Vol.-%. Das im Porenwasser des Betons gelöste Calciumhydroxid ist für die hohe Alkalität des Betons (pH-Werte von 12,5 bis 13,5) verantwortlich. In diesem Zustand liegt eine mikroskopisch dünne Oxidschicht (Passivschicht) auf der Stahloberfläche vor. Dringt jedoch Kohlendioxid aus der Umgebungsluft in den Beton ein, so wird das vorliegende Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat umgewandelt mit der Folge einer pH-Wert Absenkung (pH-Wert ≈ 9). Dringt die Karbonatisierungsfront bis zur Bewehrung vor, wird die Passivschicht des Bewehrungsstahls zerstört und es kommt bei Anwesenheit ausreichender Feuchtigkeit und Sauerstoff an der nun „depassivierten“ Bewehrung zur Korrosion. Diese Korrosion führt i.d.R. zu einem gleichmäßigen flächigen Abtrag (siehe Abb. 2, Abb. 3), bei dem Anoden und Kathoden nah beieinanderliegen.

 
Abb. 3: Typische Betonabplatzungen infolge der Karbonatisierung des Betons.

 
AAbb. 4: Typisches Schadensbild, karbonatisierungsinduzierte Korrosion der Bewehrung.

Die dabei entstehenden Korrosionsprodukte (Rost) nehmen ein größeres Volumen als der ursprüngliche Stahl ein, sodass ein Sprengdruck erzeugt wird, der neben einer Rissbildung schließlich zum Absprengen der Betonüberdeckung führen kann. Die Feuchtigkeit im Porensystem des Betons ist ein wesentlicher Einflussfaktor, der den Karbonatisierungsfortschritt bedingt. Dieser kommt bei sehr trockenem Beton oder bei Betonen, die wassergesättigt sind, nahezu zum Erliegen. Aus diesem Grund ist die Karbonatisierung für freibewitterte Bauwerke im Beton stark abhängig von den Witterungsbedingungen, denen ein Betonbauteil ausgesetzt ist. Dies ist zwar i.d.R. für die hier zur Rede stehenden, erdberührten Tiefgaragen von untergeordneter Bedeutung, sei der Vollständigkeit halber jedoch erwähnt: Die in Deutschland vorherrschende Windrichtung – die sogenannte Wetterseite – reicht von Nordwest bis Südwest. Hier sind die größten Schlagregenbeaufschlagungen und damit die geringsten Karbonatisierungstiefen im Beton zu erwarten. Demgegenüber gehören die Nord- und Ost-Fassaden zu den der Schlagregenrichtung abgewandten Seiten. Hier ist i.d.R. mit den größten Karbonatisierungstiefen im Beton zu rechnen [R] 23.