01.01.2018
Aus den Computertomographiedaten gerenderte Ansicht einer 4 mm dicken Korrosionsschicht. Die segmentierte Hohlstruktur (gelb) zeigt im Wesentlichen langgestreckte Poren die parallel zur Probenoberfläche ausgerichtet sind.

Aus den Computertomographiedaten gerenderte Ansicht einer 4 mm dicken Korrosionsschicht. Die segmentierte Hohlstruktur (gelb) zeigt im Wesentlichen langgestreckte Poren die parallel zur Probenoberfläche ausgerichtet sind.

Quelle: BAM, Fachbereich Mikro-Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)

Korrosion, das heißt die chemische Reaktion eines Werkstoffes mit Stoffen seiner Umgebung, ist die Hauptursache für die Schädigung von Bauwerken aus Stahlbeton. Durch unvermeidbar auftretende Risse im Beton können Luft und Wasser bis an die Stahlbewährung vordringen und den Korrosionsprozess an der Metalloberfläche in Gang setzen. Die dabei entstehenden Korrosionsprodukte führen aufgrund ihres größeren Volumens und den daraus resultierenden Spannungen zu weiteren Rissen, die den Ablauf der Schädigung beschleunigen. Um den bestmöglichen Korrosionsschutz zu entwickeln und um bei bestehenden Bauwerken entsprechende Schädigungsvorhersagen treffen zu können, ist es notwendig den Schädigungsprozess genau zu verstehen. Der Schädigungsfortschritt am eingebauten Stahl kann nicht direkt beobachtet werden, so dass in der Regel mit elektrochemischen Messungen die bei der Korrosion umgesetzte Stoffmenge mittels Faraday’schem Gesetz aus der elektrischen Ladung ermittelt wird.

Als Möglichkeit einzelne Stadien des Korrosionsverlaufes im Inneren einer Bauteilprobe zerstörungsfrei sichtbar zu machen, hat sich der Einsatz der Mikro-Computertomographie (µCT) bewährt. Auf die hierbei in der BAM gesammelten Erfahrungen stützt sich auch die Zusammenarbeit mit den französischen Kollegen von CEA, Université Paris-Saclay. In der ausgewählten Arbeit geht es um den Einfluss der Korrosionsschicht auf die Durchlässigkeit von Luftsauerstoff zur Stahloberfläche. Als Untersuchungsobjekt dienten Rostproben der im 18. Jahrhundert gebauten Saint-Sulpice Kirche in Paris. Neben Experimenten zur Gasdiffusion bei CEA wurden diese Proben in der BAM auch mit der µCT untersucht und ihre innere Struktur dreidimensional dargestellt. Dabei zeigte sich, dass die in den Korrosionsprodukten auftretenden Hohlräume eine zur ursprünglichen Stahloberfläche parallele Ausrichtung aufweisen. Mit einer simulierten Flutung von einer Seite der Korrosionsschicht konnte ferner nachgewiesen werden, dass es zwischen Ober- und Unterseite der ca. 4 mm dicken Schicht keine durchgängige Verbindung über den Porenraum gibt.

Somit haben die mit der µCT gefundenen Hohlräume bis zu einer minimalen Größe von 20 µm (Auflösung der µCT) keinen Anteil an den Diffusionsvorgängen. Diese Erkenntnis fließt mit den anderen Untersuchungsergebnissen in die Berechnung einer Korrosionsrate ein. Das Ergebnis zeigt die Abhängigkeit der Gasdurchlässigkeit einer speziellen Korrosionsschicht von der Schichtdicke. Der ermittelte Diffusionskoeffizient für die Saint-Sulpice Korrosionsschicht ist ein Schlüsselparameter bei der Beurteilung der Haltbarkeit von alternden Stahlbetonstrukturen.

Microstructure and diffusion coefficient of an old corrosion product layer and impact on steel rebar corrosion in carbonated concrete
S. Poyet, W. Dridi, V. L'Hostis, Dietmar Meinel
Corrosion Science, Volume 125, 15 August 2017, Pages 48-58
BAM Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung, Fachbereich Mikro-Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)