Corrosion of steel forms in precast plants Korrosion von

1 Production
Corrosion of steel forms in precast plants
Korrosion von Stahlschalungen in Fertigteilwerken
Die Autoren 1 The phenomenon of corrosion of steel casting tables
in precast plants has been known for several decades.
However, the increase in the corrosion rate in recent
years has given rise to new discussions about the possible causes and countermeasures. In particular, the rust
products that occur during the production of fair-faced
concrete must be removed from the concrete surface
and the casting tables forms, frequently at considerable
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Peter expense in terms of time and money.
1 Das Phänomen der Schalungskorrosion auf Stahlschaltischen in Fertigteilwerken ist bereits seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Allerdings hat eine Zunahme
der Korrosion in den letzten Jahren die Diskussion um
mögliche Ursachen und Gegenmaßnahmen neu entfacht. Besonders im Sichtbetonbereich müssen die
Rostprodukte oft zeit- und kostenintensiv von Betonoberflächen und Schaltischen entfernt werden.
Schießl studierte Bauingenieurwesen an der TU München und promovierte dort
1973. Anschließend war er am
Institut für Betonstahltechnik
tätig. Von 1985 bis 1998 war er
Professor für Baustoffkunde
an der RWTH Aachen und
Direktor des Instituts für Bauforschung. 1998 übernahm er
die Professur für Baustoffkunde und Werkstoffprüfung an
der TU München und die
Direktion des Centrums Baustoffe und Materialprüfung
der TU München.
[email protected]
Vor diesem Hintergrund wurde am Centrum Baustoffe und Materialprüfung (cbm) der TU München
ein von der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen AiF im Auftrag der Forschungsvereinigung der deutschen Beton- und Fertigteilindustrie gefördertes Forschungsvorhaben bearbeitet mit dem Ziel, die Ursachen der Schalungskorrosion
zu ermitteln und Lösungsvorschläge zur Vermeidung
der Korrosion abzuleiten.
Within this context, the Center for Building Materials
and Materials Testing (cbm) at the Munich Technical
University conducted a research project supported by
the German Federation of Industrial Cooperative
Research Associations AiF on behalf of the Research
Association of the German Concrete and Precast Concrete Industry. The objective of this project was to determine the causes of the corrosion on the steel forms,
and to submit solution proposals to prevent such corrosion.
Background
Corrosion of forms occurs within the relatively short
striking times of between approximately six and sixteen hours. The passive film that, by suppressing anodic iron dissolution, protects the steel from corrosion in
a highly alkaline milieu (e.g. concrete) has at that time
not completely formed. The passivation process is
moreover hindered by the form release agent, which
acts as barrier between the fresh concrete and the form
surface. Due to the comparatively undefined conditions in the contact zone between fresh concrete and
form, the known processes leading to reinforcement
corrosion can only be conditionally applied to the corrosion of forms.
The different manifestations of corrosion, the degree and the locations in which they occur indicate that
across the surface/flächig
Ausgangssituation
Die Schalungskorrosion tritt innerhalb von vergleichsweise kurzen Ausschalfristen zwischen etwa sechs und
sechzehn Stunden auf. Die Passivschicht, die durch
Unterbinden der anodischen Eisenauflösung für den
Korrosionsschutz von Stahl in hochalkalischem Milieu
(z. B. Beton) verantwortlich ist, ist zu diesem Zeitpunkt
noch nicht vollständig ausgebildet. Die Passivierung
wird zudem durch den Trennmittelfilm behindert, der
als Barriere zwischen Frischbeton und Schalungsoberfläche wirkt. Auf Grund der vergleichsweise undefinierten Verhältnisse in der Kontaktzone zwischen
Frischbeton und Schalung ist eine Übertragung der
bekannten Verhältnisse von der Bewehrungskorrosion
auf die Schalungskorrosion somit nur bedingt möglich.
Die Unterschiede hinsichtlich Erscheinungsform,
Grad und Ort der Korrosion deuten darauf hin, dass
punctiform/punktförmig
linear/linienförmig
Fig. 1 Manifestations of form corrosion.
Abb. 1 Erscheinungsformen der Schalungskorrosion.
60
BFT 05/2006
Produktion 1
form corrosion may be caused by various mechanisms
and influencing factors (Fig. 1). Apart from the participating reaction partners, the steel surface and the fresh
concrete, other climatic and process-related conditions
in the precast plants play here a role.
der Schalungskorrosion verschiedene Mechanismen
und Einflussfaktoren zu Grunde liegen können, Abb. 1.
Neben den an der Korrosion beteiligten Reaktionspartnern Stahloberfläche und Frischbeton spielen dabei
auch die klimatischen und verfahrenstechnischen Bedingungen in den Fertigteilwerken eine Rolle.
Development of a measuring method
In order to be able to investigate and quantify the
possible factors that influence form corrosion in the
laboratory, a corrosion test was developed at the cbm
(Fig. 2). In the test, the steel form is simulated by a circular steel plate (St 37) of 20 cm diameter. A plastic
form is mounted onto this plate and is filled with cement paste or fresh concrete. By applying an electrochemically, more noble counter-electrode to the fresh
concrete and its electrically conducting connection to
the steel plate, the sub-processes of corrosion that
would otherwise take place in parallel can be decoupled
and intensified. The anodic iron dissolution continues
to take place on the steel surface, while the partial cathodic process primarily takes place on the counter
electrode. The corrosion current that flows in this corrosion cell between steel plate and counter electrode
can be recorded over the entire test period, see example
in Fig. 3. Since the corrosion current is proportionate to
the rust depletion on the form surface, this factor is a
suitable assessment parameter for the temporal development of the corrosion. It can therefore be assumed
that additional individual cathodic areas may also occur on the steel surface. These, however, have only little
effect and can therefore be neglected. By integrating
the corrosion current over the entire test period, the results of the individual corrosion tests can be compared
with each other and the effects on the parameters ex-
Entwicklung einer Messmethode
Um mögliche Einflussfaktoren auf die Schalungskorrosion im Labor untersuchen und quantifizieren
zu können, wurde am cbm ein Korrosionsversuch entwickelt, Abb. 2. In dem Versuch wird die Stahlschalung
durch eine kreisförmige Stahlplatte (St 37) mit einem
Durchmesser von 20 cm simuliert. Auf die Stahlplatte
wird eine Kunststoffschalung aufgesetzt, in die Zementleim oder Frischbeton eingebracht wird. Durch
Aufsetzen einer elektrochemisch stabilen, edleren
Gegenelektrode auf den Frischbeton und deren elektrisch leitende Verbindung mit der Stahlplatte können
die sonst nebeneinander ablaufenden Teilprozesse der
Korrosion quasi „entkoppelt“ und intensiviert werden:
Die anodische Eisenauflösung findet weiterhin an der
Stahloberfläche statt, während der kathodische Teilprozess im Wesentlichen an der Gegenelektrode abläuft. Der in dieser Korrosionszelle fließende Korrosionsstrom zwischen Stahlplatte und Gegenelektrode
kann über die Versuchsdauer aufgezeichnet werden,
vgl. Beispiel in Abb. 3. Da der Korrosionsstrom proportional zum Rostabtrag an der Schalungsoberfläche ist,
ist er als Beurteilungsgröße für die zeitliche Entwicklung der Korrosion geeignet. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich daneben auch auf der Stahloberfläche einzelne Kathodenbereiche ausbilden können,
die aber von nur geringer Wirkung bleiben und des-
Counter-electrode
Gegenelektrode
Copper sheet/Kupferblech
Wood diaphragm/Holzdiaphragma
Cement paste/fresh concrete
Zementleim/Frischbeton
Plastic form
Kunststoffschalung
Steel form
Stahlschalung
Fig. 2 Experimental set-up.
Abb. 2 Versuchsaufbau.
BFT 05/2006
Dipl.-Ing. Till Felix Mayer
(1974) studierte Bauingenieurwesen an der RWTH
Aachen und dem Imperial
College, London, und war anschließend im Ingenieurbüro
Prof. Schießl im Bereich der
Zustandserfassung und Instandsetzungsplanung von
Bauwerken tätig. Seit Mai
2004 ist er wissenschaftlicher
Assistent am Centrum Baustoffe und Materialprüfung
der TU München mit den Arbeitsschwerpunkten Korrosion und Dauerhaftigkeit von
Stahlbetonbauwerken.
[email protected]
Current measurement
Strommessung
Corrosion current [␮A]/Korrosionsstrom [␮A]
Copper sulfate solution
Kupfersulfatlösung
Dr.-Ing. Andreas Volkwein
(1948) studierte Bauingenieurwesen an der Universität
Stuttgart. Nach der Assistentenzeit am Lehrstuhl für Baustoffkunde und Werkstoffprüfung der TU München mit
Abschluss der Promotion über
das Eindringen von Wasser
und Chlorid in Beton folgten
Forschung und Praxistätigkeit
über Korrosion von Stahl- und
Spannbetonbauwerken. Seit
1998 ist er Leiter der Arbeitsgruppe 3 „Stahl und Korrosion“ am cbm der TU München.
[email protected]
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Time/Zeit [h]
Fig. 3 Corrosion current flow and corrosion current integral
(example).
Abb. 3 Korrosionsstromverlauf und Korrosionsstromintegral
(Beispiel).
61
1 Production
Corrosion current integral/Korrosionsstromintegral [␮Ah]
60.000
50.000
Chloride addition
40.000
Chloridzugabe
halb vernachlässigt werden können. Durch Integration
des Korrosionsstroms über die Versuchsdauer können
die Ergebnisse von Korrosionsversuchen miteinander
verglichen und die Einflüsse der untersuchten Parameter auf die Schalungskorrosion quantifiziert werden. In Anlehnung an gängige Ausschalfristen wurde
die Versuchsdauer auf sechzehn Stunden festgelegt.
30.000
Betontechnologische Einflüsse
20.000
10.000
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Chloride content in the pore water
Chloridgehalt im Porenwasser [mmol/l]
Fig. 4 Effect of the chloride content.
Abb. 4 Einfluss des Chloridgehalts.
amined and quantified. Based on the typical stripping
times, a test period of sixteen hours was decided on.
Technological influences specific to concrete
The incompletely passivated form surface comes into
contact with the pore solution of the concrete (contact
water) immediately following casting. The concentrations of corrosive ions (e.g. Cl-, SO42-) in the pore solution vary, depending on the constituent materials used.
Tests performed with constituent materials with
different chloride contents showed that corrosion increases with increasing chloride content, already at
comparatively low chloride contents (Fig. 4). The reason for this is apparently the incomplete passivation of
the metal surface and the comparatively low pH value
in the contact water of the fresh concrete during the
first hours. For the reinforcement corrosion in the
hardened concrete [1], a relationship between the corrosion-inducing chloride content and the pH value of
the pore solution could be shown. It was established
that such relationship can also be assumed to exist in
the special case of form corrosion. In the tests it could
also be shown that corrosion increases with rising sulfate contents. This influence, however, was clearly less
marked than had been determined earlier for chlorides. In the tests it could furthermore be shown that
the use of the chromate-reduced cements also increases corrosion (Fig. 5). As chromate is known to be an
effective corrosion inhibitor it can be assumed that
chromate in the cement contributes to the corrosion
protection of the steel surface of the casting table, in
particular during the first hours.
Apart from the chemical composition, the contact
water availability is also of significance as a corrosioninducing medium. In order to investigate the effect of
the water content and/or the water retention ability of
the concrete on form corrosion, tests with various water-cement ratios, different grading curves, different
types of cement and mixing water temperatures, as
well as with the addition of limestone powder
(60 kg/m3) or an organic stabilizer were carried out.
62
Die unvollständig passivierte Schalungsoberfläche tritt
unmittelbar nach dem Betonieren mit der Porenlösung des Betons in Kontakt („Kontaktwasser“), die in
Abhängigkeit von den verwendeten Ausgangsstoffen
unterschiedliche Konzentrationen an korrosiven
Ionen (z. B. Cl-, SO42-) enthält.
Versuche mit Ausgangsstoffen unterschiedlicher
Chloridgehalte ergaben bereits bei vergleichsweise geringen Chloridgehalten eine deutliche Zunahme der
Korrosion mit steigendem Chloridgehalt, Abb. 4. Dies
ist offensichtlich auf die unvollständige Passivierung
der Metalloberfläche und den vergleichsweise niedrigen pH-Wert im Kontaktwasser des Frischbetons
innerhalb der ersten Stunden zurückzuführen. Für Bewehrungskorrosion in erhärtetem Beton konnte in [1]
ein Zusammenhang zwischen dem korrosionsauslösenden Chloridgehalt und dem pH-Wert der Porenlösung nachgewiesen werden. Wie hier festgestellt
wurde, kann ein solcher Zusammenhang auch beim
Sonderfall der Schalungskorrosion zu Grunde gelegt
werden. Auch eine Zunahme der Korrosion mit steigenden Sulfatgehalten konnte in den Versuchen gezeigt werden, allerdings war dieser Einfluss deutlich
weniger ausgeprägt als bei Chloriden. Die Versuche ergaben weiterhin stärkere Korrosion bei Verwendung
chromatreduzierter Zemente, Abb. 5. Da Chromat als
wirksamer Korrosionsinhibitor bekannt ist, kann gefolgert werden, dass Chromate im Zement besonders
in den ersten Stunden zum Korrosionsschutz der
Schaltischoberfläche beitragen.
Neben der chemischen Zusammensetzung ist
auch die Menge von Kontaktwasser als korrosionsauslösendes Medium an der Schalungsoberfläche von
Bedeutung. Zur Untersuchung, wie sich dieses Wasserangebot bzw. das Wasserrückhaltevermögen des
Betons auf die Schalungskorrosion auswirkt, wurden
Versuche unter Variation des Wasserzementwerts, der
Sieblinie, der Zementart, der Anmachwassertemperatur sowie unter Zugabe von Kalksteinmehl (60 kg/m3)
oder eines organischen Stabilisierers durchgeführt.
Die Veränderung des Korrosionsstromintegrals in Abhängigkeit von diesen Größen ist in Abb. 5 dargestellt.
Eine direkte Verringerung des Kontaktwasserangebots durch Reduzieren des Wassergehalts führte im
Versuch zu einer effektiven Korrosionsreduzierung.
Neben der verringerten Rostbildung wirkt sich die
Reduzierung des Wassergehalts bekanntlich auch
positiv auf die Festbetoneigenschaften (Festigkeit,
Dauerhaftigkeit, Schwindverhalten) aus. Auch bei Verwendung einer feinstkornreichen Gesteinskörnung
oder Zugabe von Kalksteinmehl konnte ein Rückgang
BFT 05/2006
1 Production
Change of the corrosion current integral [%] depending on
Veränderung des Korrosionsstromintegrals [%] in Abhängigkeit von
100%
80%
60%
40%
20%
0%
0,55
0,50
0,43
A8
w/c ratio
w/z-Wert
A/B8
B8
Grading curve
Sieblinie
without
ohne
Stabilizer Limestone powder
Stabilisierer Kalksteinmehl
Admixtures/Additions
Zusatzstoffen/-mitteln
der Rostbildung festgestellt werden, da durch Erhöhung des Feinstkornanteils mehr Wasser an den Kornoberflächen physikalisch gebunden wird. Die Verbesserung des Wasserrückhaltevermögens durch Zugabe
von Stabilisierer zur Erhöhung der Viskosität und
Reduzierung der Entmischungsneigung trug ebenfalls
zur Reduzierung der Korrosion im Versuch bei.
Als weiterer Parameter wurde untersucht, inwieweit ein beschleunigtes Ansteif-/Erhärtungsverhalten
zu weniger Korrosion führt. Zu diesem Zweck wurde
die Frischbetontemperatur variiert bzw. Zemente mit
hoher wurden Mahlfeinheit verwendet. Auch durch
diese Maßnahmen wurde die Korrosion reduziert. Allerdings führen beide Maßnahmen u. U. zu einer verkürzten Verarbeitbarkeit des Frischbetons, was im Einzelfall je Fertigteilwerk individuell berücksichtigt werden muss.
100%
Einfluss der Schalungsoberfläche
80%
60%
40%
20%
0%
CEM I
32,5 R
CEM I
42,5 R
CEM I
52,5 R
10 C
Cement strength
Zementfestigkeit
20 C
40 C
Mixing water temperature
Anmachwassertemperatur
chromate con- chromate reduced
taining
chromatreduziert
chromathaltig
Chromate content
Chromatgehalt
Fig. 5 Concrete-specific technological effects.
Abb. 5 Betontechnologische Einflüsse.
The change in the corrosion current integral, depending on these variables is presented in Fig. 5.
A direct reduction of the contact water availability,
achieved by reducing the water content, led to an effective corrosion reduction in the test. A reduction of the
water content, apart from the reduced rust formation,
as is generally known, also has a positive effect on the
properties of the hardened concrete (strength, durability, shrinkage behavior). A reduction in rust formation
could also be achieved when using aggregate rich in
powder, or when adding limestone powder, since an increase in the powder content has the effect that more
water is physically bound to the particle surfaces. Improving the water retention ability through the addition
of stabilizers also contributed to reduced corrosion in
the test. Generally, stabilizers serve to increase the viscosity and to reduce the inclination to segregation.
A further parameter that was investigated was the
extent to which an accelerated stiffening/hardening
behavior would diminish corrosion. For this purpose,
the temperature of the fresh concrete was varied
and/or cement of high grinding fineness used. These
measures, too, resulted in reduced corrosion. However, both measures may in some circumstances lead to a
64
Bei der Schalungskorrosion handelt es sich um ein
Grenzflächenphänomen. Dabei muss auch die Oberflächenbeschaffenheit des Schaltischs eine Rolle spielen. In [2] und [3] wird berichtet, dass in Fertigteilwerken durch Abschleifen der Schaltischoberflächen eine
Korrosionsförderung hervorgerufen wurde. Von Defrancq [4] wurde anhand von potenziodynamischen
Versuchen an Stahlblechen, deren Oberflächen mit
unterschiedlichen Schleifmedien aufgeraut wurden,
mit zunehmender Oberflächenrauheit eine deutliche
Verschiebung des Lochfraßpotenzials in negativer
Richtung festgestellt.
Während der wiederkehrenden Belegung der
Schaltische im Fertigteilwerk bilden sich unter den
wechselnden atmosphärischen und alkalischen Bedingungen an der Metalloberfläche Oxidschichten aus, die
durch Abschleifen lokal zerstört werden. Wird zum Abschleifen der Oberflächen chloridhaltiges Schleifpapier verwendet, werden zusätzlich Chloride auf die
Stahloberfläche gebracht, sodass mit verstärkter Rostbildung gerechnet werden muss [2].
Eine Zunahme der Rostbildung nach Abschleifen
der Schaltische wurde sowohl bei Besuchen in Fertigteilwerken (Abb. 6) als auch bei Korrosionsversuchen
im Labor festgestellt, besonders bei Verwendung grober Schleifmedien. Wurden die Oberflächen nach dem
Schleifen nicht von Metallspänen und Schleifrückständen gereinigt, trat infolge von Lokalelementbildung
verstärkt punktförmige Korrosion auf.
Einfluss des Trennmittels
Das Trennmittel, das vor dem Betonieren als möglichst
geschlossener Film auf die Schalungsoberfläche aufgebracht wird, wirkt anfänglich als Barriere zwischen
Stahlschalung und Frischbeton. Der Zutritt korrosionsfördernder Ionen im Kontaktwasser wird durch
den Trennmittelfilm behindert. Gleichzeitig wird aber
auch die Ausbildung eines basischen Milieus an der
Schalungsoberfläche und somit die Passivierung des
Stahls verlangsamt oder sogar vollständig unterbunden. Dies soll durch Zusatz von Korrosionsinhibitoren
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Produktion 1
reduced processing time of the fresh concrete. This factor would have to be taken into account in the precast
plant on a case-to-case basis.
Effect of the form surface
Form corrosion is a contact surface phenomenon.
Here, the nature of the surface should also play a role.
ln [2] and [3] it is reported that grinding of the casting
table surface promotes corrosion. Defrancq [4] has carried out potentiodynamic tests on sheet steel surfaces,
whose surfaces had been roughened with various
grinding media, and determined that the pitting potential increases markedly in the negative direction as surface roughness increases. The changing atmospheric
and alkaline conditions that prevail during the repeated casting of the steel forms in the precast plant lead to
the formation of oxide films on the metal surface,
which are locally destroyed by grinding. When the
abrasive paper used for grinding contains chloride,
more chlorides are added to the steel surface so that increased rust formation must be reckoned with [2].
Increased rust formation following grinding of the
casting tables was established both in visits to precast
plant (Fig. 6) and in corrosion tests performed in the
laboratory, especially when rough grinding media were
used. When the metal cuttings and grinding residues
were not carefully removed from the surfaces, increased punctiform corrosion occurred due to local element formation.
Effect of the form release agent
The release agent, which should be applied to the form
surface prior to casting if possible as a closed film, acts
initially as a barrier between steel form and fresh concrete. The ingress of corrosion-promoting ions in the
contact water is obstructed by the release agent film. At
the same time, however, the formation of an alkaline
milieu on the form surface and in this way the passivation of the steel slowed down, or was even completely
suppressed. This effect is allegedly set off by corrosion
inhibitors in the release agent. Depending on the type
of inhibitor used, the partial anodic or the cathodic
electrode process, or both, can be obstructed. When the
partial anodic process is interfered with, local corrosion may be promoted when the inhibitor is locally underdosed, or when the release agent film has been
damaged [5]. Damage to the release agent film can, e.g.,
occur during installation of the reinforcement, when
the casting table is walked on after the release agent has
been applied, or during concrete compaction. Another
factor that should be considered is that the effect of the
release agent may become diminished the longer the
concrete remains in the form and a mingling of release
agent and contact water reckoned with, so that the conditions on the form surface are largely undefined. The
influence of the release agent on form corrosion is an
aspect that needs to be further researched.
Applying the release agent over the entire surface
of the casting table is of critical importance, independent of the release agent used. Bleeding water, that is
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Fig. 6 Rust formation on ground surfaces.
Abb. 6 Rostbildung an geschliffenen Oberflächen.
zum Trennmittel ausgeglichen werden. Je nach Art des
Inhibitors können der anodische oder der kathodische
Elektrodenteilprozess oder auch beide behindert werden. Bei Beeinflussung des anodischen Teilprozesses
kann bei lokaler Unterdosierung des Inhibitors oder
Verletzung des Trennmittelfilms lokal Korrosion gefördert werden [5]. Eine Verletzung des Trennmittelfilms
kann z. B. während des Bewehrens, durch das Betreten
des Schaltischs nach dem Trennmittelauftrag oder
durch das Verdichten des Betons verursacht werden.
Zudem ist mit fortschreitender Belegungsdauer mit
einem Abbau des Trennmittelfilms und einer Vermischung von Trennmittel und Kontaktwasser zu
rechnen, sodass an der Schalungsoberfläche weitgehend undefinierte Verhältnisse vorliegen. Zum Einfluss des Trennmittels auf die Schalungskorrosion
besteht grundsätzlich noch weiterer Forschungsbedarf.
Unabhängig vom verwendeten Trennmittel
kommt dem vollflächigen Trennmittelauftrag auf der
gesamten Schaltischoberfläche eine zentrale Bedeu-
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1 Production
tung zu. Besonders bei Betonen mit weicher Konsistenz sammelt sich u. U. unterhalb der Abschalelemente Blutwasser. Wurde dort kein Trennmittel aufgetragen, kann auf Grund des ausreichenden Sauerstoffund Kohlendioxidangebots dort Korrosion unter praktisch atmosphärischen Bedingungen auftreten, Abb. 7.
Einfluss der Bedingungen im Fertigteilwerk
Fig. 7 Corrosion underneath the side forms.
Abb. 7 Korrosion unterhalb der Abschalelemente.
Abschalelemente /Side forms
Position der Abschalelemente/Position of the side forms
particularly likely to occur with concrete of soft consistency, may also in some circumstances collect below
the side forms. When no release agent has been applied in these areas, the oxygen and carbon dioxide
present there is sufficient for corrosion to form under
practically atmospheric conditions (Fig. 7).
Effect of the conditions in the precast plant
The climatic conditions in the precast plant during curing cannot only affect the initial stiffening behavior of
the fresh concrete and contact water availability, but
also lead to deformation of the precast part. The results
of corrosion tests have shown that an increased curing
temperature following casting does not reduce form
corrosion, but that, in fact, the opposite was the case.
The higher temperatures have a time-delayed effect on
the stiffening of the concrete so that the corrosion
processes can begin unchecked. A more gradual temperature increase will further accelerate this process.
In some plants, no rust formation took place on the
66
Die klimatischen Verhältnisse in der Lagerung können
sich auf das Ansteifverhalten des Frischbetons und das
Kontaktwasserangebot an der Schalungsoberfläche,
aber auch auf Verformungen der Fertigteile auswirken.
Ergebnisse von Korrosionsversuchen zeigten, dass
durch erhöhte Lagerungstemperatur nach dem Betonieren keine Reduzierung der Schalungskorrosion,
sondern vielmehr ein gegenläufiger Effekt erzielt wird:
Die höheren Temperaturen wirken sich auf das Ansteifen erst zeitlich verzögert aus, sodass Korrosionsvorgänge ungehindert starten können, die dann unter
langsamer Temperaturerhöhung noch beschleunigt
werden.
Bei einigen Werken, in denen die Schaltische vorgeheizt werden, trat keine Rostbildung auf. Hier ist
offensichtlich davon auszugehen, dass dadurch das
Kontaktwasser gleich von Beginn an von der Stahloberfläche ausreichend ferngehalten werden kann.
Ein Einfluss unterschiedlicher Umgebungsfeuchten konnte bei den gewählten Probenabmessungen im
Korrosionsversuch nicht festgestellt werden. Zur Feststellung möglicher klimatischer Einflüsse wurden deshalb in einem Fertigteilwerk an mehr als 600 Fertigteilen Rostflecke kartiert. Die Auswertung ergab die
höchsten Korrosionswahrscheinlichkeiten im Bereich
der Stirnflächen der Fertigteile, Abb. 8. Im Feldbereich
trat nur vereinzelt Rost auf. Die verstärkte Korrosion
im Randbereich ist offenbar auf das Aufschüsseln des
Fertigteils infolge von Schwinden des Betons zurückzuführen: Wird dem Beton nach Erstarrungsbeginn
durch Verdunstung Wasser entzogen, verkürzt er sich
an der Oberseite, während an der Bauteilunterseite
kein Wasser abgegeben wird. Durch die ungleichmäßige Längenänderung über die Bauteilhöhe bedingt das
Schwinden ein Abheben des Fertigteils im Randbereich. Dieser Effekt ist bei dünnen Fertigteilen besonders ausgeprägt. Bei diesem Aufschüsseln wird
wahrscheinlich auch der Trennmittelfilm auf der
Schaltischoberfläche verletzt. Auf Grund der sehr hohen Luftfeuchtigkeit im Spalt zwischen Fertigteil und
Schaltisch reichen bereits Temperaturänderungen von
rd. 1 °C aus, um Kondenswasserbildung an der ungeschützten Schalungsoberfläche hervorzurufen. Zusätzlich kann sich in dem Spalt auch Blutwasser
sammeln, wenn der Frischbeton ein geringes Wasserrückhaltevermögen aufweist.
Die Wasserabgabe an der Fertigteiloberseite innerhalb der ersten Stunden nach Herstellung wird durch
hohe Lagerungstemperaturen, geringe Luftfeuchte
und/oder starke Luftzirkulation erhöht. Kondenswasserbildung wird durch schwankende Temperaturverhältnisse begünstigt. Zur Reduzierung der SchalungsBFT 05/2006
Produktion 1
preheated casting tables. The reason must be that the
contact water in these plants had from the very beginning been effectively kept a good distance from the
steel surface.
An influence of different ambient moistures could
not be determined on the specimen dimensions selected for the corrosion test. To establish possible climatic
effects, rust spots on over six hundred precast parts
were mapped in a precast plant. The assessment
showed that the highest probability of corrosion incidence occurred in the area of the face surfaces of the
precast parts (Fig. 8). Across the full surface, only isolated corrosion spots occurred. The increase in corrosion
along the edges of the precast parts must be attributed
to the “bowling up” of the edges caused by the shrinkage of the concrete: When, following initial setting, water is withdrawn from the concrete by evaporation, the
concrete part undergoes shrinkage on the upper side,
while no water is released in the bottom of the precast
part. The irregular change in length across the height
of the precast part caused by the shrinkage causes the
lifting along the edges of the precast part. This effect is
especially pronounced with thin precast parts. The
bowling up process probably also damages the release
agent film on the steel table surface. Due to the very
high air humidity in the gap, temperature changes of
only approximately 1°C degree already cause formation
of condensation water on unprotected areas of the steel
surface. In addition, bleeding water can also accumulate in this gap provided that fresh concrete has little
water retention capability.
As is generally known, the release of water on the
upper side of the precast part within the first hours after placing the concrete is increased by high curing
temperatures and/or high air circulation. Condensation water formation is favored by fluctuating temperature conditions. To reduce form corrosion due to condensation water formation, curing chambers where the
distribution of temperature and moisture are nearly
constant in spatial and temporal terms are therefore
favorable.
Fig. 8 Corrosion in the area of the edges.
Abb. 8 Korrosion im Randbereich.
korrosion infolge Kondenswasserbildung sind somit
Trockenkammern mit einer räumlich und zeitlich
annähernd konstanten Temperatur- und Feuchteverteilung günstig.
Zusammenfassung und Folgerungen
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden
Untersuchungen zur Ermittlung der Ursachen von
Korrosion auf Stahlschaltischen in Betonfertigteilwerken durchgeführt und daraus Gegenmaßnahmen
abgeleitet. Hierzu wurden sowohl Korrosionsversuche
Summary and conclusions
In the framework of a research project, investigations
were carried out to determine the causes of corrosion
on steel tables in precast plants, and countermeasures
were derived. For this purpose, corrosion tests were
performed both in the laboratory and in precast plants,
and information on different situations that may arise
in precast plants recorded.
The different manifestations of corrosion and the
distinct differences in respect of the degree of corrosion indicate that form corrosion is caused by several
mechanisms. When short stripping times are involved,
only incomplete passivation takes place on the form
surfaces and is moreover further obstructed by the release agent film, so that already relatively low chloride
contents may induce corrosion. The chromate reduction in cements that is today required further diminishes corrosion protection. When inhibitors are added to
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1 Production
the release agent, an underdosing of the inhibitors or
damages to the release agent film can lead to local corrosion. Along the edges of precast parts, corrosion can
possibly be promoted by bowling up and condensation
water and/or bleeding water in the resulting gap between precast part and steel table. All of these processes are influenced by the temperature and moisture conditions during curing. Grinding of the steel tables can
also encourage corrosion, since this destroys the protective oxide layers and in some circumstances releases
corrosive substances.
Based on tests it was shown that the corrosion can
be counteracted through concrete-specific technological and process engineering measures aimed at reducing from the very beginning the contact water availability on the form surface. These measures include, e.g.,
reduction of the mixing water content and/or the w/c
ratio, increasing the powder content of the grading
curve, the addition of limestone powder, the addition of
a stabilizer, using cements of higher grinding fineness,
increasing the temperature of the fresh concrete
and/or preheating the form. A change in release agent
can also lead to the desired objective – an approach that
at this point of time is only possible on a “trial-and-error” basis. In this regard, more research is required.
Given the complex interrelationships, no generally
valid countermeasures can be formulated. They must
therefore be developed individually for every precast
plant.
Acknowledgement
The research project was made possibly through the
support of the German Federation of Industrial Cooperative Research Associations Research Association AiF on
behalf of Research Association of the German Concrete
and Precast Concrete Industry.
References/Literatur
[1] Breit, W.: Untersuchungen zum kritischen korrosionsauslösenden
Chloridgehalt für Stahl in Beton. In: Schriftenreihe Aachener Beiträge zur Bauforschung, Nr. 8, Dissertation, 1997
[2] Meyer, D.; Triebert, J.; Schulz, W.-D.: Korrosionserscheinungen
beim Herstellen von Betonfertigteilen in Stahlschalungen. Materials and Corrosion 56 (2005), Nr. 5, S. 334–342. Weinheim, 2005
[3] Schumann, A.: Schal- und Trennmittel für den Betonbau. ExpertVerlag, Renningen-Malmsheim, 1994
im Labor und in Fertigteilwerken durchgeführt als
auch die unterschiedlichen Situationen in Fertigteilwerken erhoben.
Die unterschiedlichen Erscheinungsformen und
die deutlichen Unterschiede hinsichtlich des Korrosionsgrads deuten darauf hin, dass der Schalungskorrosion mehrere Mechanismen zu Grunde liegen
können. Eine Passivierung der Schalungsoberflächen
findet während der kurzen Ausschalfristen nur unvollständig statt und wird zudem durch den Trennmittelfilm behindert, sodass bereits vergleichsweise geringe
Chloridgehalte korrosionsauslösend wirken können.
Die heute erforderliche Chromatreduzierung der Zemente bedingt zusätzlich eine Verschlechterung des
Korrosionsschutzes. Werden dem Trennmittel Inhibitoren zugesetzt, können auch Unterdosierungen des
Inhibitors oder Verletzungen des Trennmittelfilms
lokal zu Korrosion führen. Im Randbereich der Fertigteile wird die Korrosion u. U. durch Aufschüsseln und
Kondenswasser und/oder Blutwasser im entstehenden
Spalt begünstigt. Hierbei sind die Temperatur- und
Feuchtebedingungen während der Lagerung von Einfluss. Auch durch Abschleifen der Schaltische kann
Korrosion gefördert werden, da so schützende Oxidschichten zerstört und u. U. korrosive Stoffe freigesetzt werden.
Anhand von Versuchen wurde gezeigt, dass der
Korrosion durch betontechnologische und verfahrenstechnische Maßnahmen begegnet werden kann, die
auf eine Reduzierung des Kontaktwasserangebots an
der Schalungsoberfläche von Anfang an abzielen. Das
sind z. B.: Reduzierung des Anmachwassergehalts
bzw. w/z-Wertes, Erhöhung des Feinstkornanteils der
Zuschlagsieblinie, Zugabe von Kalksteinmehl, Zusatz
eines Stabilisierers, Verwendung von Zementen höherer Mahlfeinheit, Erhöhung der Frischbetontemperatur und/oder Vorheizen der Schalung. Eingriffe durch
Trennmittelumstellungen können ebenfalls zielführend sein, erscheinen jedoch bisher nur auf „Trialand-error“-Basis möglich. Hier besteht weiterer
Forschungsbedarf. Wegen der komplexen Zusammenhänge können keine allgemein gültigen Gegenmaßnahmen formuliert werden. Sie müssen daher für
jedes Fertigteilwerk individuell entwickelt werden.
Danksagung
Die Durchführung dieses Forschungsvorhabens wurde
durch die Förderung der Arbeitsgemeinschaft Industrieller
Forschungsvereinigungen AiF im Auftrag der Forschungsvereinigung der deutschen Beton- und Fertigteilindustrie
mit Mitteln des Bundesministers für Wirtschaft und Arbeit
ermöglicht.
[4] Defrancq, J. N.: Influence of Surface Treatment on the Pitting
Potential of Mild Steel and Pure (Carbonyl) Iron. British Corrosion
Journal, No. 1, S. 29–31, 1974
[5] Nürnberger, U.: Korrosion und Korrosionsschutz im Bauwesen.
Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, 1995
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Peter Schießl, Andreas Volkwein, Till Felix Mayer
BFT 05/2006