01.10.2021
Grafik: Aus alkaliaktiviertem Schlackemörtel entnommener Stahl und Schematische Darstellung des Einflusses von Sulfid auf die Oberfläche von Schwarzstahl

Links: Aus alkaliaktiviertem Schlackemörtel entnommener Stahl. Rechts: Schematische Darstellung des Einflusses von Sulfid auf die Oberfläche von Schwarzstahl

Quelle: BAM, Fachbereich Baustofftechnologie

Alkaliaktivierte Schlacken (AAS) erhärten durch Reaktion einer alkalischen Lösung mit Hüttensandmehl und stellen für bestimmte Anwendungen eine Alternative zu herkömmlichen Zementen wie Portlandzement (PC) dar. Obwohl die Erhärtungsreaktionen von AAS gut verstanden sind, bestehen bezüglich der Dauerhaftigkeit von stahlbewehrten Betonbauteilen bei Einsatz von AAS noch offene Fragen. Einer der Hauptunterschiede der chemischen Zusammensetzung der Porenflüssigkeit in PC und AAS ist die Anwesenheit von reduziertem Schwefel (HS-) in letzteren, was die Stahlpassivierung und die chloridinduzierte Lochfrasskorrosion beeinflussen kann. Da Bewehrungskorrosion die Hauptursache für das vorzeitige Nutzungsdauerende von Stahlbetonkonstruktionen ist, muss das Korrosionsverhalten von Stahl in auf alkaliaktivierten Bindemitteln basierenden Zementen untersucht werden.

In den hier präsentierten, hauptsächlich an der Universität Sheffield und der BAM durchgeführten Arbeiten, wurden die Wechselwirkungen von AAS und Stahlbewehrung sowie deren Einfluss auf die chloridinduzierte Korrosion von Stahl untersucht. Die Anwesenheit von HS- in der Porenflüssigkeit von AAS ruft stark reduzierende Bedingungen in der Grenzfläche zwischen Stahl und Beton hervor. In der basischen Porenflüssigkeiten inhibiert und verlangsamt die kompetitive Adsorption von OH- und HS- auf dem Stahl die Bildung einer passivierenden Oxidschicht; stattdessen kommt es zur Bildung eines Fe-S-Komplexes. Der durch die Anwesenheit von HS- hervorgerufenen Mangel an gelöstem Sauerstoff an der Grenzfläche zwischen Stahl und Beton verhindert ferner die Bildung einer Makrozelle und hemmt die chloridinduzierte Korrosion. Wegen des Einflusses zusätzlicher schwefelbasierter Redoxpaare in der Porenflüssigkeit von AAS können das freie Korrosionspotential und elektrochemische Messungen, die eine Potentialvorgabe beinhalten, nicht wie für sulfidfreie Zemente angewandt werden, um zu bestimmen, ob sich der Stahl im passiven oder im aktiv korrodierenden Zustand befindet.

Die Ergebnisse haben weitreichende Konsequenzen für die Analyse des Korrosionsverhaltens von Stahl in Schlacke-basierten Zementen und Betonen. Unter anderem zeigt sich, dass die für PC und andere herkömmliche Zemente entwickelten Normen und Empfehlungen nur auf AAS und andere neue Bindemittel übertragbar sind, wenn auch die Wirkung der anwesenden Anionen berücksichtigt wird. Diese Konsequenzen werden gegenwärtig in einem DFG-Projekt an der BAM im Detail untersucht.

Mechanisms of passivation and chloride-induced corrosion of mild steel in sulfide-containing alkaline solutions
Shishir Mundra, J. L. Provis
erschienen in Journal of Materials Science, Vol. 56, issue 26, S. 14783 - 14802, 2021
BAM, Fachbereich Baustofftechnologie