Kursangebot | Baustofftechnik 1 | Korrosion

Baustofftechnik 1

Korrosion

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Korrosion ist in vielen Bereiche der Bauwirtschaft ein Problem, welches viele Ausprägungen hat und unterschiedliche Baustoffe betrifft. 

Vollständig korrodierte Schraubenverbindung
vollständig korrodierte Schraubenverbindung

Allgemein definiert man Korrosion wie folgt:

Merke

Hier klicken zum AusklappenKorrosion ist die Zerstörung eines Baustoffs durch äußere, nicht mechanische Angriffe (Ausnahme: Reibkorrosion).

Unter normalen Umständen beginnt die Korrosion an der Oberfläche des Baustoffs, indem er mit dem ihn umgebenden Medium reagiert. Die dabei ablaufenden Prozesse sind chemischer oder elektrochemischer Natur, können aber auch zeitgleich ablaufen und zudem in einem direkten Zusammenhang mit mechanischen Einflüssen (Reibkorrosion) stehen. 

Bei der Untersuchung von Baustoffen besteht die Problematik, dass zumeist eine Kombination von Korrosionsursachen auftritt. Man kann oft nur Vermutungen anstellen, welche der oben genannten Kräfte Auslöser einer Korrosion ist. 

Der Begriff Korrosion bezeichnet sowohl den Beschädigungsvorgang als auch die Beschädigung selbst. 

Hinweis

Hier klicken zum AusklappenWelche Bedeutung Korrosionsverluste für Industriestaaten haben, zeigt sich daran, dass diese Staaten Milliarden für den Schutz vor Korrosion und die Beseitigung von Korrosion aufwenden. 

Korrosionsursachen

Ursachen für Korrosion können

  • chemische Angriffe,
  • elektrochemische Angriffe,
  • Frost und
  • biologische Angriffe sein.  

Am häufigsten tritt Korrosion in Folge eines elektrochemischen Vorgangs auf. Aber auch biologische und chemische Vorgänge beeinflussen die Korrosionsbeständigkeit eines Metalls.

Chemische Korrosion

Hier läuft die Korrosion rein chemisch ab, indem Redoxvorgänge im atomaren Größenordnungen in Abwesenheit eines Elektrolyts stattfinden. Es findet kein Elektronenfluß statt, da die beteiligten Reaktionspartner direkt Elektronen austauschen. Die gängisten Korrosionsmittel sind dabei trockene Gase, Säuren, Laugen, Salze und ganz besonders Sauerstoff. Der Sauerstoff ist die Hauptursache für Korrosion durch Oxidationsvorgänge. 

Elektrochemische Korrosion

Dieser Korrosionsvorgang fußt auf zwei Ursachen. So kann eine elektrochemische Korrosion infolge der Bildung und Wirkung von Korrosionselementen auftreten oder durch eine von äußeren Spannungsquellen erzwungene Elektrolyse. Bei der Elektrolyse besteht eine Potentialdifferenz zwischen einer anodischen und einer kathodischen Oberfläche. Zwischen diesen Oberflächen muss ein Medium bestehen, welches diesen kathodischen Prozess aufrechterhält.

Der bekannteste Vertreter der elektrochemischen Korrosion ist die Galvanische Korrosion. Sie tritt auf, wenn zwei verschiedene Metalle oder Legierungen mit unterschiedlichen Elektrodenpotentialen in Kontakt stehen. 

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen

Galvanische Zelle: Messingbestandteile, die im direkten Kontakt mit Heißwasserleitungen aus Kupfer stehen. Das Messing stellt in dieser galvanischen Zelle die Anode dar und wird daher entzinkt. Wenn nun jedoch das besagte Messing mit einem verzinkten Stahlrohr in Verbindung gebracht wird, so wird der Zinküberzug nahe der Kontaktstelle zur Anode und geht in Lösung. Auch der darunterliegenden Stahl wird angegriffen, während das Messing kathodisch geschützt ist.

Wie stark die elektrochemische Korrosion ausfällt, hängt mit dem Potentialunterschied zwischen den beteiligten Metallen zusammen. So können korrodierende Effekte bei einem Potentialunterschied von 50 mV für gewöhnlich vernachlässigt werden. 

Nachfolgend ist ein Liste erstellt, die einen Teil der bekannten 37 Korrosionsarten umfasst:

  • Dampfkesselkorrosion
  • Spannungsrisskorrosion
  • Erosionskorrosion
  • Kavitationskorrosion
  • Reibkorrosion
  • Atmosphärische Korrosion
  • Bodenkorrosion
  • Spaltkorrosion
  • Interkristalline Korrosion

Art der Korrosion nach Baustoffen

  • Metalle: Hier tritt vorrangig die elektrolytische Korrosion auf.
  • Beton: Die Zerstörung erfolgt durch Einwirkung von Frost oder chemisch durch Einwirken von Sulfaten.
  • Kunststoffe: Die Veränderung von Eigenschaften erfolgt durch Alterung. Hauptursache ist die Einwirkung von ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung der Sonne).
  • Holz: Zerstörung erfolgt durch Bakterien, Pilze oder Insekten. 

Kennwerte der Korrosion für Metalle und Beton

Bei Metallen kann man das Maß der Korrosion aus einer elektrolytischen Spannungsreihe und dem elektrischen Potential ableiten.

Bei Beton oder anderen porösen Stoffen misst man den Widerstand gegen das Eindringen von Feuchte oder agressiven Substanzen. 

Korrosionsschutz

Bei der Auswahl eines metallischen Baustoffs sollte grundsätzlich von den ungünstigsten Einflüssen ausgegangen werden. Zudem gilt es zu beachten, dass die Eigenschaften sowohl von physikalisch-chemischen Eigenschaften des Grundbaustoffs als auch von der Art der Ver- und Bearbeitung abhängen. 

Merke

Hier klicken zum AusklappenFälschlicherweise wird oft angenommen, dass es absolut korrosionsfeste Metalle oder Legierungen gibt. Es existieren aber lediglich korrosionssichere Baustoffe, die gegenüber bestimmten angreifenden Medien beständig sind. Hierbei sind vorwiegend hochwertige Legierungen zu nennen, die aber nur dann zum Einsatz kommen, wenn der Kosten-Nutzen-Effekt ausgeglichen ist. 

Bekannte nichtrostende und säurebeständige Baustoffe sind:

  • CrNi-Stähle mit einem 18 %-Anteil Chrom und 8 %-Anteil Nickel wie beispielsweise X12CrNi18.8
  • Cu-Cr-P-legierte korrosionsträge Baustähle wie KT52-3, die eine Passivschicht bilden.

Ein Beispiel für eine Konstruktion aus vollständig rostfreiem Stahl stellt das nachfolgende Gebäude dar:

Walt Disney Concert Hall

Korrosionsschutzgerechte Konstruktion

Video: Korrosion

 

Handelt es sich bei den eingesetzen metallischen Baustoffen um nicht korrosionsbeständige Baustoffe, so müssen sie gegen Korrosionsschäden geschützt werden. Dieser Schutz kann oft schon mit korrosionsschutzgerechten Konstruktionsmaßnahmen erfolgen. So wurde über die Jahre aus Erfahrungswerten und Experimenten ein Maßnahmen- bzw. Richtlinienkatalog entwickelt. Nachfolgend ein Auszug von Maßnahmen und Richtlinien, die man bei der Konstruktion von Bauteilen beachten/folgen sollte:

1. Bei einem Bauteil aus unterschiedlichen Metallen muss eine eventuelle Kontaktkorrosion verhindert werden.

2. Die zu schützende Oberfläche sollte entsprechend klein gehalten werden.

3. Waagerechte Flächen, Spalte und Stäbe und Verbindungselemente sind zu vermeiden. 

4. Starke Profilierungen sollten auch vermieden werden. 

5. Profile sollten ihre Öffnung nicht in Richtung der korrosiven Beanspruchung haben. 

6. Rohkonstruktionen sind Profilkonstruktion vorzuziehen.

7. Schweißverbindungen sind Klebe- oder Schraubenverbindungen vorzuziehen.

Da es aber häufig nicht möglich ist, allen Ratschlägen nachzukommen, existieren weitere Maßnahmen, um den Baustoff zu schützen. Man unterteilt diese Maßnahmen in passiven, aktiven und kathodischen Korrosionsschutz.
Jede dieser Gruppen wird in den kommenden Kurstexten einzeln vorgestellt.