7.2. Korrosionsverhalten der Baumetalle 7.2.1 Ursachen und Arten

7.2.
7.2.1
Korrosionsverhalten der Baumetalle
Ursachen und Arten der Korrosion
7.2.1.1
Chemische Korrosion
(1)
Sauerstoff
unedle Metalle + Sauerstoff → Metalloxide
Die Bildung der Oxide hängt ab von der Stellung der Metalle in der elektrochemischen
Spannungsreihe.
→ Besonderheiten: Zink, Magnesium und Aluminium
Ihre Oxidschichten haften fest auf dem Metall; somit sind sie vor weiterem Angriff
geschützt („Passivierung“)
Eisen : In trockener Luft ist Eisen korrosionsgeschützt.
(2)
Wasser
Unterstützt die Einwirkung von Sauerstoff auf ein Metall. Besonders stark angegriffen wird
Eisen.
Vorgänge beim Rosten von Eisen
2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe(OH)2
weißer Rost
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O → 4 Fe(OH)3
brauner Rost
2 Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3 H2O
roter Rost
im Dampf und wenig Sauerstoff
Fe3O4 (FeO ⋅ Fe2O3)
(3)
schwarzer Rost
Säuren
unedle Metalle + verd. Säuren → Salz + Wasserstoff
Auf Blei, Zinn und Nickel
Auf Eisen, Aluminium und Magnesium
(4)
nur schwacher Angriff wegen der Ausbildung von
Schutzschichten („Passivierung“), z.B. PbSO4/PbCO3.
intensiver Angriff
(Schutzmaßnahmen erforderlich)
Basen
Angriff von Basen (besonders Kalkwasser) auf Aluminium, Zink und Blei
Bei Eisen findet kein Angriff durch Kalkwasser statt; Eisen ist passiviert
!!! Wichtig aus betontechnologischer Sicht !!!
Stahlbewehrung korrodiert nicht, vorausgesetzt eine dichte Einbettung, die den Stahl vor Wasser
und Luft schützt
Flugrost (kein Blattrost) : Bildung von Ca- Ferrithydrat, das die Haftung wesentlich erhöht
(5)
Salzlösungen
Salzlösungen korrodieren Metalle, es kommt zur Zerstörung, wenn die Passivierung ausbleibt
!!! Wichtig : Wasseranalyse zur Beurteilung, ob und welche Schutzmaßnahmen erforderlich sind
7.2.1.2
Elektrochemische Korrosion
Man unterscheidet zwei Arten der elektrochemischen Korrosion:
a.
Kontaktkorrosion
Zwei Metalle stehen in elektrochemischem Kontakt und werden gemeinsam von einem
Elektrolyten benetzt.
b.
Korrosion durch Belüftungselemente
Ein Metallteil wird von einem Elektrolyten benetzt, aber die Metalloberfläche ist
elektrochemisch uneinheitlich (z.B. eine Stahlfläche, die z.T. wegen unterschiedlicher Belüftung
mit einer Rosthaut überzogen ist)
Korrosionselemente sind immer Galvanische Elemente, der Abbau findet immer an der Anode
statt, dabei unterscheidet man zwei Typen:
(1)
Der Wasserstofftyp (Säurekorrosion)
Zwei verschiedene Metalle + Elektrolyt
Anode: unedles Metall → löst sich auf
Kathode: 2 H+ + 2 e- → H2
Die Formen der Korrosion vom Wasserstofftyp sind
Lochfraß
Flächenabtrag
Maßnahmen zur Vermeidung der Korrosion
♦ Beseitigung der leitenden Verbindung zwischen den Metallen
♦ Schutzüberzüge (-anstriche)
♦ Zugabe von Inhibitoren zur Korrosionsflüssigkeit
(2) Der Sauerstofftyp
Bei großer Überspannung des Wasserstoffs finden kathodisch Reduktionsprozesse am
Sauerstoff statt.
4 H+ + O2 + 4 e- → 2 H2O
2 H2O + O2 + 4 e- → 4 OHAn der Anode löst sich das Metall auf
7.2.1.3
Galvanische Korrosion
Eine elektrochemische Korrosion, ausgelöst durch Fremdströme (vagabundierende Ströme),
z.B.
♦ im Schienenverkehr über unterirdisch verlaufende eiserne Wasserleitungen
♦ in Werkstätten, wo elektrisch geschweißt wird, kann es zur Korrosion der Stahlarmierung im
Beton kommen
7.2.1.4
Spannungsrisskorrosion
Unter Spannungsrisskorrosion versteht man eine chemische und/oder elektrochemische
Korrosion an Metallen unter statischer Zugspannung
Korrosionsfördernd sind hier auch Flüssigkeiten, die normalerweise kaum schädigend wirken,
z.B.
Meerwasser
Leichtmetalle
Nitrathaltige Lösungen
Eisen und Stahl
!!! Chloridhaltige Lösungen
Eisen und Stahl
7.3 Korrosion der Stahlbewehrung im Beton
Eisen
korrodierende Einflüsse sind O2 (Luft), H2O und Säuren. Gegenüber Basen
ist Eisen beständig.
Stahl
verhält sich wie Eisen, jedoch verbessert sich die Witterungsbeständigkeit bei
Kupfer- und Phosphorkupferstählen
Chrom- und Chromnickelstählen
Beton : Zement, Zugabewasser, Zuschläge
Bei einer Betondeckung der Bewehrung von mindestens 0,5 cm (meist 1 cm) über der
Mindestanforderung nach DIN 1045 ist die Stahlbewehrung geschützt.
Korrodiert der Beton, kommt es zur Bewehrungskorrosion. Ursachen für die Aufhebung des
Schutzes sind:
(a) Fehlstellen im Beton (Risse, Fugen u.a.)
(b) Carbonatisierung/Neutralisation
Ca(OH)2 + CO2 + H2O → CaCO3 + 2 H2O
Dadurch sinkt der pH-Wert auf 9 und die Passivierung ist aufgehoben.
(c) Halogenidangriff
Die Halogenid- (insbesondere die Chlorid-) konzentration ist grenzwertgeregelt für
Zemente
Zusatzmittel
Zuschläge
Zugabewasser
Ergänzend sind daher besonders zu beachten die Chloridzufuhr durch
PVC-Brände
Streusalz
Schwimmbadwaser
Meerwasser
Schutzmaßnahmen: Beschichtung mit Epoxidharzen
7.4 Korrosionsschutz der Baumetalle
(1) Passivierung
(2) Verwendung korrosionsstabiler Metalle
(3) Oberflächenbeschichtungen aus Kunststoffen oder Metallen
(4) Kathodischer Korrosionsschutz (Anlegen von Opferanoden
Anwendungen:
♦ Rohrleitungen der Gas- und Wasserversorgung
♦ Öl- und Ferngasleitungen
♦ Benzin- und Heizöltanks
♦ Spundwände im Hafenbecken