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Kathodischer Korrosionsschutzvon Stahl in Beton

Kathodischer Korrosionsschutz wirkt.Mit Sicherheit.

Kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung ....................................................................................................................3

1 Grundlagen des kathodischen Korrosionsschutzes für Stahlbeton .......................4

2 Anwendbarkeit des kathodischen Korrosionsschutzsystems ................................5

2.1 Allgemeines ................................................................................................5

2.2 Erfassung des Ist-Zustandes und Instandsetzung ......................................5

3 Komponenten des kathodischen Korrosionsschutzsystems................................10

3.1 Allgemeines ..............................................................................................10

3.2 Anodensysteme ........................................................................................10

3.3 Überwachungssensoren ...........................................................................12

3.4 Messdatenerfassungssystem....................................................................12

3.5 Datenverwaltungssystem ..........................................................................13

3.6 Gleichspannungskabel..............................................................................14

3.7 Anschlusskästen .......................................................................................14

3.8 Stromquelle...............................................................................................15

4 Installationsverfahren ..........................................................................................15

4.1 Verbindung zur Bewehrung.......................................................................15

4.2 Anodeneinbau...........................................................................................16

4.3 Verbindung zum Anodensystem ...............................................................16

5 Inbetriebnahme ...................................................................................................17

5.1 Maßnahmen vor der Stromeinspeisung ....................................................17

5.2 Anfängliche Stromeinspeisung und Einstellung ........................................17

5.3 Erste Funktionsüberwachung....................................................................17

5.4 Schutzkriterien ..........................................................................................18

5.5 Dokumentation..........................................................................................19

6 Betrieb und Instandhaltung..................................................................................20

7 Lebensdauer des Systems ..................................................................................20

Literaturverzeichnis ...................................................................................................22


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Einleitung

Korrosion von Stahl in Beton stellt für die Bauwirtschaft in ökonomischer Hinsicht eingroßes Problem dar und kann im Extremfall die allgemeine Sicherheit gefährden. Diedurch Karbonatisierung und besonders Chloridinduzierung verursachten Korrosions-schäden können Instandsetzungsmaßnahmen erfordern, die sehr aufwendig und kos-tenintensiv sind.

Die durch Chloride hervorgerufene Lochfraßkorrosion (Makroelementkorrosion) ist erstspät erkennbar, da sie sich nicht wie bei der gleichmäßigen Korrosion durch eine er-hebliche Volumenvergrößerung am Bewehrungsstahl und somit Betonabplatzungenankündigt. Besonders gefährdet sind Stahlbetonbauwerke wie Straßen- oder Auto-bahnbrücken und Parkhäuser bzw. Tiefgaragen, die winterlichen Streusalzeinflüssenausgesetzt sind. Ebenso betroffen sind Bauwerke in maritimen Klimabedingungen oderGründungen bzw. Fundamente in salzhaltigem Grundwasser.

Bei den sogenannten konventionellen Instandsetzungsmaßnahmen muss chloridindu-zierter Beton in großer Tiefe abgetragen werden, was einen erheblichen Eingriff in dasBauwerk darstellt. Diese Instandsetzung ist für den Betreiber mit hohem finanziellenAufwand aufgrund der Ausführung als auch Nutzungseinschränkung des Bauwerksverbunden. Bei einer unvollständigen Entfernung des chloridhaltigen Betons kann durchfortlaufende Korrosion bereits nach einigen Jahren eine erneute Instandsetzungsmaß-nahme erforderlich werden.

Der kathodische Korrosionsschutz von Stahl in Beton (KKSB) ist eine alternative In-standsetzungsmethode, die in Deutschland trotz des vorhandenen Know-hows nochsehr wenig Anwendung findet. Das 1974 in den USA entwickelte Schutzsystem wirdweltweit für eine Vielzahl verschiedenster Stahlbetonbauwerke in den unterschiedlichs-ten Umgebungsbedingungen eingesetzt. Dagegen wurden in Deutschland Projekte erstin den letzten Jahren realisiert. Der Vorteil bei einer Instandsetzung mit kathodischemKorrosionsschutz (KKS) gegenüber einer konventionellen Maßnahme liegt in der hohenLebensdauer des Schutzsystems sowie den kostengünstigeren Ausbesserungsarbeitenam Beton. Das kathodische Korrosionsschutzsystem verhindert eine Weiterentwicklungder Lochkorrosion. Daher muss lediglich Beton bis zu einer Tiefe entfernt werden, inwelcher der Stahl aufgrund Querschnittsverminderung reprofiliert werden muss.

Dieses Konzept beschreibt die Grundlagen für die Planung, Installation, Inbetriebnahmeund Überwachung einer kathodischen Korrosionsschutzanlage für Stahl in Beton. Derkathodische Korrosionsschutz von Stahl in Beton ist in der DIN EN 12696 geregelt undauf den Schutz des an der Atmosphäre ausgesetzten Stahls in Beton begrenzt [1].


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1 Grundlagen des kathodischen Korrosionsschutzes für Stahlbeton

Normalerweise ist der Stahl in den Beton- und Spannbetonbauten durch die Alkalitätdes Beton-Porenwassers und die sich daraus ergebende Passivierung über Jahre vorKorrosion geschützt. Die Passivität der Stahloberfläche ist aber nur in pH-Bereichenmöglich, in denen sich dichte Oxidfilme bilden können.

Dies ist bei einem pH-Wert Bereich von 9bis 13 der Fall. Im so genannten Pour-baix-Diagramm kann man erkennen,unter welchen Bedingungen Eisen che-misch stabil ist und in welchen Bereichenes als Lösung bzw. festes Oxid vorliegt(Abbildung 1) [2]. Erst durch das Eindrin-gen von Chloriden oder durch Karbonati-sierung wird diese Passivschicht, welchedie Eisenauflösung verhindert, instabilund es werden zusätzliche Schutzmaß-nahmen erforderlich. Bei Anwendung deskathodischen Korrosionsschutzes würdeman das Potentials des Eisens in deninaktiven Bereich verschieben (unterhalb– 600 mV) und somit der Korrosion ent-gegenwirken.

Bild 1: Pourbaix-Diagramm für Eisen in Wasser

Die Entscheidung, korrosionsgefährdete Stahlbetonkonstruktionen kathodisch zu schüt-zen, hängt von technischen und wirtschaftlichen Erwägungen ab. Bei kleinflächigen,durch Korrosion des Bewehrungsstahles bedingten Betonabplatzungen, die auf unge-nügende Betondeckung zurückzuführen sind, ist der kathodische Schutz mit Fremd-strom kein wirtschaftliches Vorhaben. Wesentliche Anwendungsgebiete sind stattdes-sen Stahlbetonbauwerke, bei denen hohe Chloridgehalte auch in größeren Tiefen imBeton vorliegen. Im Falle einer Sanierung kann aus technischen Gründen der chlorid-kontaminierte Altbeton normalerweise nur bis zur ersten Bewehrungslage entfernt wer-den. Ist auch in den tieferen Lagen ein hoher Chloridgehalt vorzufinden, wird dort dieKorrosion fortschreiten. Eine sanierte obere Lage kann sogar eine verstärkte Korrosionder unteren Lage hervorrufen, da sie eine neue Kathodenfläche darstellt und somit dieElementwirkung verstärkt.

Das Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes beruht darauf, dass die anodischeTeilreaktion der Korrosionsreaktion, nämlich die Eisenauflösung, durch einen entge-gengesetzt gerichteten Gleichstrom unterbunden wird. Dazu wird auf die Betonoberflä-che eine dauerhafte Anode (in der Regel Mischmetalloxid beschichtetes Titan) aufge-bracht und von einem leitfähigen Milieu (meist Spritzbeton) umgeben (Abbildung 2) [3].Die freigelegte Bewehrung muss an den Minuspol und die Anode an den Pluspol einerGleichstromquelle angeschlossen werden. Nach Einschalten der Stromquelle erzwingtdiese einen Stromfluss durch den Stahl, der dem Stromfluss der anodischen Metallauf-


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lösung entgegengesetzt ist und somit das weitere Korrodieren unterdrückt. GebildeteKorrosionsprodukte können jedoch nicht wieder in Eisen zurückverwandelt werden.

Bild 2: Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes für Stahl in Beton

Der kathodische Korrosionsschutz ist generell auf zwei Arten möglich. Im soeben be-schriebenen Verfahren wendet man den Schutz mit inerten Anoden und einer Fremd-stromanlage an. Die zweite Möglichkeit beruht darauf, die Anode direkt mit der Beweh-rung zu verbinden und so mit dem Prinzip der Kontaktkorrosion zu verfahren, d.h. miteinem unedleren Metall wird die Korrosion verstärkt aufgenommen und so das edlereMetall geschützt. Da sich die Anode bei dieser Anwendung auflöst spricht man auchvon Opferanoden.

2 Anwendbarkeit des kathodischen Korrosionsschutzsystems

2.1 AllgemeinesBei einer Instandsetzung müssen Entwurf, Einbau, Stromversorgung, Inbetriebnahme,Langzeitbetrieb und Dokumentation aller Teile des kathodischen Korrosionsschutzsys-tems in Übereinstimmung mit einem Qualitätsplan ausgeführt werden [1]. Die Arbeitensind unter der Aufsicht von qualifiziertem Personal mit Fachkenntnissen auf den Ge-bieten der Elektrochemie, Betontechnologie, Hoch- und Tiefbau sowie des kathodi-schen Korrosionsschutzes durchzuführen.

2.2 Erfassung des Ist-Zustandes und InstandsetzungWird der kathodische Korrosionsschutz als Instandsetzungsmaßnahme für ein Bauwerkvorgesehen, muss die Anwendbarkeit des kathodischen Korrosionsschutzes bestätigtwerden. Dazu wird der Ist-Zustand des Bauwerks, unter Berücksichtigung der folgendenUntersuchungen, erfasst [1]:


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• Berücksichtigung vorhandene Bauwerksaufzeichnungen

• Visuelle Begutachtung des Schutzobjektes

• Bestimmung des Chloridgehalts und der Karbonatisierungstiefe des Betons

• Messung der Betonüberdeckung

• Überprüfung der elektrischen Kontinuität der Bewehrung

• Messung des Stahl/Beton-Potentials und des elektrischen Widerstandes des Betons

• Erfassung notwendiger Reparaturarbeiten

Mit der Berücksichtigung von Zeichnungen oder Berichten des Schutzobjektes wer-den die Bestandteile bzw. Qualität des Betons sowie die Lage und damit die metallen-leitende Durchverbindung der Bewehrung festgestellt. Eine visuelle Begutachtung desBauwerks ist unerlässlich, um das Ausmaß an Mängeln, Bereiche möglicher vergange-ner Instandsetzungsarbeiten, unzureichende Betonüberdeckung durch Abplatzungen,Risse, Kiesnester und jegliche Merkmale des Bauwerks, die sich auf die Wirksamkeitdes kathodischen Korrosionsschutzes auswirken können, zu erkennen.

Die Bestimmung des Chloridgehalts kann mit der Bohrmehlmethode erfolgen. Beidiesem Verfahren wird mit dem Schlagbohrhammer in der Regel in 10 mm Schichten-folge Bohrmehl aus den kritischen Bereichen des Schutzobjekts entnommen und imLabor der Chloridgehalt festgestellt. Mit dieser Methode kann der schichtenweise Chlo-ridgehalt und somit der abzutragende chloridverseuchte Bereich des Betons ermitteltwerden.

Die Karbonatisierungstiefe des Stahlbetonbauteils kann mit dem Phenolphtaleintestbestimmt werden. Bei dem Test wird eine Bruchfläche in gewünschter Tiefe hergestelltund der frisch gebrochene Beton mit der Indikatorlösung besprüht. Der nicht karbonati-sierte Bereich verfärbt sich rotviolett, während der karbonatisierte Bereich farblos bleibt.

Die Betonüberdeckung sowie die Stärke und Lage der Bewehrung müssen gemes-sen werden, um zu prüfen, ob der Anoden-/Kathodenabstand für das betrachtete Ano-densystem ausreichend ist und dichte Bereiche der Bewehrung, die eine hohe Strom-dichte erfordern, zu erkennen [1]. Die Ermittlung der Betonüberdeckung sollte mit einerzerstörungsfreien Methode, z. B. durch magnetische Induktion, erfolgen. Mit einem Be-wehrungs-Prüfgerät werden Bewehrungsstähle bis zu 200 mm Tiefe aufgesucht undsomit die Überdeckung gemessen. Mit der Methode können schnell großflächige Berei-che abgesucht und sogar der Stahldurchmesser ermittelt werden.

Der kathodische Korrosionsschutz des Bewehrungsstahls setzt eine metallenleitendeDurchverbindung der Bewehrung voraus [1,4]. Im Allgemeinen ist der Kontakt zwi-schen den einzelnen Bewehrungslagen durch Verrödelungen oder Schub-, Rand- undBewehrungen zur Rissbreitenbeschränkung gegeben, jedoch muss die Durchverbin-dung durch Messung des Widerstandes oder des Gleichstrompotentialunterschieds derauseinanderliegenden Bewehrungsstähle nachgewiesen werden. Dazu wird die Beweh-rung freigelegt und die Messkontaktstellen vollständig entrostet. Stabile Messwerte undein Widerstand weniger als 1 Ω bzw. ein Potentialunterschied weniger als 1 mV deutenauf eine leitende Durchverbindung hin [1].


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Eine weitere Untersuchung zur Aufnahme des Ist-Zustandes und zur Erkennung derBewehrungskorrosion ist die Messung des Stahl-Beton-Potentials bzw. Ruhepotenti-als. Nach bisherigen Erfahrungen sind die anodischen und kathodischen Bereiche derBewehrung baupraktisch immer so weit örtlich getrennt, dass über ihnen verschiedeneelektrische Potentialdifferenzen zwischen einer Bezugselektrode auf der Betonoberflä-che und der Bewehrung gemessen werden können (Abbildung 3) [2].

Dazu wird die beschädigte als auchoffensichtlich unbeschädigte Oberflä-che des Bauwerks in Rastern (z. B.500 mm x 500 mm Abstand) mit einertragbaren Referenzelektrode unter-sucht. Die Potentiale können mit ei-nem hochohmigen Millivoltmeter er-fasst werden, das zum einen mit derMesselektrode und zum anderen mitder Bewehrung verbunden werdenmuss. Ist die elektrische Kontinuitätder Bewehrung gegeben, so ist dieFreilegung an einigen wenigen Stel-len für den Anschluss ausreichend.

Bild 3: Prinzip der Ruhepotentialmessung

Abbildung 4 zeigt die anodischen und kathodischen Bereiche einer Potentialmessungmit einem Raster von 50 cm x 200 cm [5].

Bild 4: 2-Dimensionale grafische Auswertung einer Stahl-Beton-Potentialmessung

Hohe Potentialgradienten und kritische Potentialwerte geben Aufschluss über die Kor-rosionswahrscheinlichkeit zum Zeitpunkt der Messung. Jedoch muss beachtet werden,dass die Potentiale stark von Feuchtigkeit, Temperatur, Zementart und Betonüber-deckung abhängig sind. Nur im Zusammenhang mit den vorhergegangenen Messungen(Chloridanalyse, Karbonatisierungstiefe und Betonüberdeckung) lassen sich Korrosi-onsvorgänge pro Bauteil und Tag genau interpretieren. In Abbildung 5 ist das Prinzipder Potentiallinienausbreitung bei Lochkorrosion dargestellt [5]. Je größer die Beton-überdeckung, desto positivere Potentiale werden an der Betonoberfläche gemessen.


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Geeignete Bezugselektroden zur Potentialmessung sind:

• Ag/AgCl (Silber/Silberchlorid)-Elektrode (EH = + 197 mV)

• Cu/CuSO4 (Kupfer/Kupfersulfat)-Elektrode (EH = + 316 mV)

• SCE (gesättigte Kalomelelektrode) (EH = + 241 mV)

Die Cu/CuSO4-Elektrode wird laut DIN EN12696 nicht empfohlen, da ein Fehlerrisikobei auslaufendem Kupfersulfat besteht. Esmuss außerdem beachtet werden, dass dieElektrode an der Messseite mit einem aus-tauschbaren feuchten Schwamm ausgerüstetwird, um einen besseren Messkontakt zwi-schen Betonfläche und Elektrode sicherzu-stellen.

Messungen in abgeplatzten und bereits in-standgesetzten Betonbereichen sind mitVorsicht zu betrachten, da durch Hohlräumeoder unterschiedliche Betonqualität dieMessergebnisse beeinträchtigt werden kön-nen. Gegebenfalls muss hier ein Betonabtragbis auf das Grundmaterial vorgenommenwerden, bevor mit der Potentialmessung be-gonnen werden kann.

Bild 5: Potentiallinienausbreitung (unten), Einfluss der Überdeckung auf das Potential (oben)

Da Potentialmessungen an größeren Flächen mit einer Messelektrode sehr unwirt-schaftlich wären, sollte man eine Apparatur verwenden, die mit mehreren Referenz-elektroden ausgestattet ist und so gleichzeitig eine große Fläche erfassen kann. Eineweiter Möglichkeit sind sogenannte Radelektroden, mit denen im Schritttempo über dieOberfläche gegangen wird und ebenso schnell größere Bereiche gemessen werdenkönnen. Die in der Vergangenheit gerne angewendete Methode der Inaugenschein-nahme und des Abklopfens der vermutlich geschädigten Bereiche mit dem Hammer istnicht aussagekräftig genug und sollte nicht verwendet werden. Bei diesen einfachenVerfahren werden Bereiche mit beginnender Korrosion mit hoher Wahrscheinlichkeitübersehen.

Für den Entwurf des kathodischen Korrosionsschutzes muss außerdem noch der elekt-rische Widerstand des Betons berücksichtigt werden. Er ist für die Dimensionierungdes Schutzstromes der einzelnen Schutzbereiche notwendig, kann aber auch Aussageüber Betonfeuchte und Chloridgehalt geben. Werte < 5 kΩ m können auf erhöhtenChloridgehalt hinweisen, bei Werten > 20 kΩ m ist nicht mit Feuchtigkeit bzw. Chloridenzu rechnen [4]. Der Widerstand kann nach dem Wenner-Verfahren mit 4 Elektroden inunterschiedlichen Tiefen (je nach Elektrodenabstand) bestimmt werden. Auch diesesMessverfahren wird von Temperatur, Feuchtigkeit und Hohlräumen im Beton beeinflusstund muss daher mit zusätzlichen Untersuchungen ausgewertet werden.


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Der Einbau des kathodischen Korrosionsschutzes in vorhandene Bauwerke kann mitReparaturarbeiten verbunden sein, die notwendig sind, um einen ungehinderten Flussdes kathodischen Schutzstroms von der Anode zur Bewehrung zu gewährleisten. Be-ton, der für Kabelverbindungen oder Überwachungselektroden entfernt wurde, musswieder nach Übereinstimmung mit den zuständigen Regelwerken hergestellt werden.Spätestens hier muss klar sein, dass eine Instandsetzungsmaßnahme eines Stahlbe-tonbauwerks mit Errichtung einer kathodischen Korrosionsschutzanlage nur funktioniert,wenn eine gezielte Teamarbeit aus dem Fachgebiet des Korrosionsschutzes und derBetoninstandsetzung gegeben ist [6].

Wurde bei vorhergegangenen Reparaturmaßnahmen eines Schutzobjektes Materialverwendet, dessen Widerstand oberhalb 50 % bis 200 % des elektrischen Widerstan-des des Ausgangsbetons liegt, so muss dieses entfernt werden [1]. Alle Metallteile, diean der Oberfläche sichtbar sind und mit der Bewehrung in Verbindung stehen könnten,müssen aufgrund der Kurzschlussgefahr zwischen Anode und Bewehrung zurückge-schnitten werden. Jedes metallische Objekt, das vom Kathodenkreis isoliert ist, kannkorrodieren und muss elektrisch leitfähig mit der Bewehrung verbunden oder entferntwerden [1].

Wird für Messungen oder Reprofilierungsarbeiten die Bewehrung freigelegt, so mussdiese von Korrosionsprodukten gereinigt werden. Es dürfen keine Grundierschichtenoder andere Beschichtungen auf die Stahloberfläche aufgetragen werden. Bei der Wie-derherstellung von Betonoberflächen muss Reparaturmörtel verwendet werden, dereinen ähnlichen elektrischen Widerstand wie der Originalbeton aufweist und gleichemechanische Eigenschaften besitzt. Der Widerstand muss innerhalb 50 % bis 200 %des elektrischen Widerstandes des Ausgangsbetons liegen und Anodenüberdeckungendürfen 200 % des elektrischen Widerstandes des Originalbetons bis zu einem Maximumvon 100 kΩ cm in den Umgebungsbedingungen überschreiten, solange die Anode inder Überdeckung dieses Widerstandes den benötigten Schutzstrom bei entsprechen-dem Potential liefern kann [1]. Die Verbundfestigkeit zwischen vorhandenem Beton undÜberdeckung muss größer sein als 1,5 N/mm2.

Alle Betoninstandsetzungs- und Reparaturarbeiten müssen in Übereinstimmung mitENV 1504 (Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Beton-tragwerken) ausgeführt werden.

Nach einer Einschätzung der Anwendbarkeit und Bestätigung des kathodischen Korro-sionsschutzes als Reparaturmaßnahme werden die vorläufige Ortswahl und Größe derAnodenbereiche (Schutzzonen) basierend auf Faktoren festgelegt, die sich aus denUntersuchungen des Ist-Zustandes ergeben. Weitere Faktoren sind dabei der benötigteSchutzstrom, die Lebensanforderungen, Betriebsbedingungen, Gewicht und Einbaufol-ge der Anoden. Ebenso werden die Kabelverläufe zwischen den einzelnen Komponen-ten sowie ein möglicher Standort für den Gleichstromtransformator gewählt.

Wird das kathodische Korrosionsschutzsystem als prophylaktische Maßnahme für einneues Bauwerk vorgesehen, so sind für den Entwurf und während des Bauablaufs fol-gende Punkte zu beachten [1]:

• Überwachung des Bewehrungsverlaufs in Hinsicht auf elektrische Kontinuität mitden vorher beschriebenen Messverfahren


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• Schutz und Sicherung der Bestandteile des kathodischen Korrosionsschutzsystemswährend des Betonier- und Verdichtungsvorganges

• Verhinderung unerwünschter Beeinflussungen durch fremde metallische Bestand-teile des Bauwerkes

• sorgfältige Ausführung und Überwachung der Abstandhalter bzw. Befestigungender einbetonierten Anoden zur Vermeidung von Kurzschlüssen

• Widerstandsüberwachung zwischen Anode und Bewehrung

• Koordinierte Zusammenarbeit der einzelnen Fachbereiche

3 Komponenten des kathodischen Korrosionsschutzsystems

3.1 AllgemeinesLaut DIN EN 12696 muss das kathodische Korrosionsschutzsystem ein Anodensystementhalten, damit der kathodische Schutzstrom zu den jeweiligen Oberflächen oder zuTeilen des Betons gelangt und die Umwandlung von elektronischem zu ionischemStrom an der Anoden-Betonkontaktoberfläche sowie seine Verteilung zur Oberflächedes im Beton eingebetteten Stahls ermöglicht wird. Das Anodensystem ist die wich-tigste Komponente des kathodischen Schutzsystems und muss innerhalb der projek-tierten Lebensdauer die benötigte Schutzstromdichte zur Verfügung stellen können,ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des Verbundes zwischen Anode und Betonbzw. zu einer Beschädigung der Anode kommt [1,7].

Weitere Komponenten des kathodischen Korrosionsschutzsystems sind positive undnegative Anschlüsse der Anoden bzw. Bewehrung, um diese an einer Gleichstrom-quelle anschließen zu können. Hinzu kommen weitere Elektroden bzw. Sensoren, dieein wichtiges Element des Überwachungssystems darstellen und für die Einstellung desSchutzstromes notwendig sind. Zuletzt müssen die Daten der Elektroden durch ent-sprechende Messgeräte erfasst und ausgewertet werden können. Diese Messausrüs-tung kann sowohl ein tragbares oder ständig angeschlossenes bzw. fest installiertesGerät sein.

3.2 AnodensystemeIn der DIN EN 12696 werden vor allem Anodensysteme aufgeführt, die seit mindestens5 Jahren in Betrieb sind und über die umfassende erfolgreiche Aufzeichnungen beste-hen. Die Benutzung neuer Materialien wird nicht ausgeschlossen, es wird jedoch vorge-schlagen, diese ausreichend durch Labortest vor der Installation außerhalb von Test-Einsätzen zu studieren. Folgende bisherige getestete Anodensysteme werden in deroben genannten Norm beschrieben:

• Leitfähige organische Beschichtungen

• Leitfähige metallische Beschichtungen


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• Aktivierte Titananodensysteme

Weitere Anodensysteme, auf die aber im folgendem Abschnitt nicht näher eingegangenwird, sind [1]:

• Leitfähige Überzüge

• Leitfähige Polymere

• Leitfähige Keramiken

• Leitfähige zementartige Materialien

Organische Beschichtungen basieren auf Lösungsmittel mit Kohlenstoff als elektrischerLeiter. In die Beschichtung werden Zuleitungen (sog. Primäranoden) eingelagert, umden Strom innerhalb der Beschichtung zu verteilen. Materialien für die Zuleitungen sindz. B. platiniertes Titan oder Mischmetalloxid beschichtetes Titan und sind widerstands-fähig gegen anodische Reaktionen. Die Beschichtung wird mit einer Filmdicke von0,25 mm bis 0,50 mm mittels Bürste, Rolle oder durch Spritzen aufgetragen [1]. DasAnodensystem kann mit einer Stromdichte bis 20 mA/m2 betrieben werden und erreichtdabei eine Lebensdauer von 5 bis 15 Jahren. Des weiteren sind organische Anodenempfindlich gegen Umwelteinflüsse und können andauernder Nässe sowie maritimenKlima nicht standhalten.

Bei Anodensystemen aus metallischen Beschichtungen wird Zink durch Bogen- oderFlammsprühen mit einer Dicke von 0,15 mm bis 0,20 mm aufgebracht. Mit Beschich-tungen aus Zink-Legierungen und nachträglich aktiviertem Titan liegen keine Langzeit-erfahrungen vor, deshalb muss die Wirksamkeit dieser bei Verwendung erst durch Ver-suche überprüft werden. Die mögliche Stromdichte von thermisch aufgesprühtem Zinkbeträgt wie bei der organischen Beschichtung etwas 20 mA/m2. Die Lebensdauer die-ses Anodentyps liegt mit maximal 6 Jahren etwas geringer als bei organischen Be-schichtungen [1]. Jedoch kann sie bei Stahlbetonbauwerken eingesetzt werden, die derWitterung und sogar maritimen Bedingungen ausgesetzt sind. Außerdem wurden Zink-Beschichtungen bereits erfolgreich als Opferanode eingesetzt.

Die am häufigsten verwendeten Anodensysteme sind jedoch Mischmetalloxid be-schichtete Titananoden (MMO). Diese Anoden sind erst seit einigen Jahren in Form vonflexiblen Titannetzen, Bändern und Matten erhältlich. Titan ist elektrochemisch passivund muss deshalb mit einer Beschichtung versehen werden, damit der Stromfluss vonMetall in den Beton ermöglicht wird. Das Titangrundgerüst wird dafür durch Sandstrah-len bzw. Beizen gereinigt und für die Beschichtung vorbereitet. Die fertige Beschich-tung, die durch Tauchen oder Spritzen aus einer edelmetallhaltigen Lösung aufgebrachtund anschließend bei 300 bis 600°C eingebrannt wird, enthält Oxide der Platinmetalleund Oxide von Metallen wie Zinn, Titan, Zirkon und Tantal. MMO Anoden garantiereneinen gleichmäßigen Stromeintritt in den Beton bei einer Lebensdauer von 50 Jahrenund mehr. Sie sind flexibel und in allen Größen erhältlich. Dadurch sind sie besondersfür den Einbau in Stahlbetonbauwerke geeignet.


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3.3 ÜberwachungssensorenUm die Wirksamkeit des kathodischen Korrosionsschutzsystems anhand von Schutz-potentialen überprüfen und die elektronischen Schutzstromgeräte regeln zu können,müssen Bezugselektroden in die Schutzbereiche eingebaut werden. Geeignete Be-zugselektroden zur dauerhaften Einbettung in Beton sind MnO2 (Mangandioxid)-Elektroden und Ag/AgCl (Silber/Silberchlorid)-Elektroden.

Die MnO2-Elektrode wurde speziell für den Einbau in Beton konzipiert. Das Potentialder Elektrode ist nahezu unabhängig von Veränderungen der chemischen Eigenschaf-ten des Betons und kann daher sowohl in nassem als auch trockenem Beton verwendetwerden, unabhängig davon, ob Karbonatisierung oder Chloridinduzierung vorliegt [7].Bild 6 zeigt die schematische Darstellung sowie die Abmessungen einer MnO2-Bezugselektrode [8].

Der Elektrolyt im Inneren besteht auseinem alkalischem Gel, dessen pH-Wertdem des Betonporenwassers entspricht.Dadurch werden Potentialverfälschun-gen durch Ionendiffusion durch den po-rösen Verschluss verhindert.

Bild 6: Darstellung einer MnO2-Βezugselektrode

Die Bezugselektroden werden mit einem Abstandhalter direkt an der Bewehrung befes-tigt (Abbildung 7) [7]. Sie sollten einen möglichst geringen Innenwiderstand besitzenund weitestgehend unpolarisierbar sein.

Durch ein stabiles Potential an der Refe-renzelektrode wird das Stahl-Beton-Potential messbar und für den Nachweisder Wirksamkeit des kathodischen Korro-sionsschutzsystems verwendet. Daswichtigste Kriterium für einen ausrei-chenden kathodischen Korrosionsschutzist jedoch das “100 mV-Kriterium“, dasnach der Durchführung einer Depolarisa-tionsmessung angewendet werden kann.

Bild 7: Eingebaute MnO2-Bezugselektrode

Es können auch die in Kapitel 2.2 beschriebenen tragbaren Elektroden für die Potenti-almessungen verwendet werden. Jedoch können diese keine reproduzierbaren Ergeb-nisse wie örtlich fixierte bzw. fest eingebaute Bezugselektroden liefern.

3.4 MessdatenerfassungssystemFür die Abfrage der Überwachungssensoren müssen laut DIN EN 12696 digitale Mess-geräte verwendet werden. Spannungsmessgeräte für Bezugselektroden und der


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Gleichspannungsquelle müssen eine Mindestauflösung von 1 mV mit einer Genauigkeitvon ± 1 mV und einem Eingangswiderstand von mindestens 10 MΩ besitzen [1]. DerStromfluss zwischen den Messelektroden und der Bewehrung muss durch ein Null-widerstandsamperemeter mit einer Genauigkeit von 1 % bestimmt werden können.

Für die Aufzeichnung der Messdaten werden Geräte mit einem Mehrkanaleingang oderKanalwählschalter verwendet, die folgende Anforderungen erfüllen müssen [1]:

• Arbeiten mit einer Echtzeituhr, die an allen Messsystemen angeschlossen ist

• Mindesteingangswiderstand von 10 MΩ

• Mindestauflösung von 1 mV bei einem Mindestmessbereich von 2 V

• Ausgänge zur Kontrolle bzw. Synchronisation mit der Gleichspannungsquelle füreine korrekte Messung der Ausschaltpotentiale

• Genauigkeit und Messhäufigkeit muss für Stahl-Potential-Aufzeichnungen innerhalbvon 100 ms bis 500 ms mit einer Genauigkeit von mindestens ± 5 mV ausreichen

Bei der Verwendung von tragbaren Aufzeichnungsgeräten muss darauf geachtet wer-den, dass diese für den Baustelleneinsatz geeignet und durch entsprechende Verbin-dungen kompatibel mit den anzuschließenden Messkästen bzw. Gleichrichtern sind.Dauerhaft installierte Aufzeichnungsgeräte müssen in einem Gehäuse vorgesehen wer-den, das Schutz vor Umwelteinflüssen bietet und mechanischen Einwirkungen stand-hält. Das System kann durch ein Netzwerk oder über ein Modem betrieben werden. DerBetriebsstrom kann entweder durch das Wechselstromnetz oder das Netzwerkkabelerbracht werden.

3.5 DatenverwaltungssystemDas Datenverwaltungssystem muss die Leistungsdaten des kathodischen Korrosions-schutzsystems verarbeiten und mindestens folgende Daten erfassen können [1]:

• Dimension der Anodenbereiche

• Bezugselektrodentyp und Einbauort

• Einstellung des Gleichrichters

• Messwerte vorbetrieblicher Aufzeichnungen

• Daten der Inbetriebnahme

• Messwerte seit Inbetriebnahme

• Ausgabedaten der Gleichspannungsquelle seit Inbetriebnahme

• Prüfdaten- und Änderungsberichte

Um die gesammelten Informationen in tabellarischer und grafischer Form darstellen zukönnen, sollte ein computergestütztes Datenverwaltungssystem verwendet werden.


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3.6 GleichspannungskabelAls Verbindungsmittel zwischen den einzelnen Komponenten des kathodischen Korro-sionsschutzsystems werden sowohl einadrige als auch mehradrige Kabel verwendet.Einadrige Kabel müssen mit folgenden Farben codiert sein und minimalen Adergrößeneingesetzt werden [1]:

• Positiver Pol des Gleichrichters zur Anodenkabelverbindung:

Farbe: rot Aderquerschnitt: 2,5 mm2

• Negativer Pol des Gleichrichters zur Bewehrungskabelverbindung:

Farbe: schwarz Aderquerschnitt: 2,5 mm2

• Bewehrungsverbindung zur Überwachung (Überwachungskabel):

Farbe: grau Aderquerschnitt: 2,5 mm2

• Bezugselektrodenkabel:

Farbe: blau Aderquerschnitt: 2,5 mm2

• Andere Sensorenkabel:

Farbe: gelb Aderquerschnitt: 2,5 mm2

Mehradrige Kabel müssen farb- oder nummerncodiert sein und aufgrund mechanischerGründe folgende minimalen Adergrößen besitzen [1]:

• Positiver und negativer Anschluss der Gleichspannungsquelle:

Aderquerschnitt: 1,0 mm2

• Überwachungskabel:

Aderquerschnitt: 0,5 mm2

• Datennetzwerk:

Aderquerschnitt: entsprechend Netzwerknorm

Alle Kabel, die in Verbindung mit dem Anodenmaterial eingebaut werden, müssen untersauren Umgebungsbedingungen (pH = 2) langzeitstabil sein. Die Kabel, die im Betonunter alkalischen Bedingungen (pH = 13) verbaut werden, müssen ebenso in dieserUmgebung die erforderliche Lebensdauer erreichen. Bei hohem Schadensrisiko könnenKabel auch einbetoniert oder stahldrahtverstärkt werden.

3.7 AnschlusskästenAlle Anschlusskästen, Neben- und Hauptverteiler müssen in Übereinstimmung mit IEC60529 Standard (Schutzklasseneinteilung) stehen. Sie sollten aus nichtmetallischemMaterial hergestellt sein und müssen Schutz vor Umwelt- und mechanischen Einflüssenbieten.


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3.8 StromquelleBei vorhandener Wechselstromquelle muss für die Gleichstromversorgung ein Gleich-stromtransformator verwendet werden [1]. Laut DIN EN 12696 muss dieser folgendeAnforderungen erfüllen:

• Stufenlose Einstellbarkeit

• Abschalten des Wechselstromes mit einer doppelpoligen, geerdeten Trennsicherungbzw. einem Überlastschalter und einem Reststromgerät

• Austritt des Gleichstromtransformators maximal 50 V und Restwelligkeit maximal100 mV mit einer Minimalfrequenz von 100 Hz

• Schutz des Gleichrichters auf der Wechselstromseite durch Schmelzsicherungen

• Schutz durch Varistoren an der Gleichstromseite

• Ausrichtung für Dauerbetrieb unter Berücksichtigung der erforderlichen Austritts-leistungen bei mindestens 600 V Spitzenumkehrspannung

• In für Personen und Tieren zugänglichen Bereichen des Schutzsystems darf diemaximale Austrittsspannung 24 V betragen

• Steuerbarer Austritt, um stufenlos eine konstante Spannung und einen konstantenStromfluss zu gewährleisten

• Gleichstromrelaissystem muss Ausschaltmessungen ermöglichen

• Beschriftung der Sicherungen mit der Bezeichnung des zugehörigen Stromkreisesund der eigenen Merkmale

• Isolierung der Austrittsanschlüsse von sämtlichen Metallteilen im Gehäuse

• Klare Kennzeichnung der Ausgänge („+ Anode“, „- Bewehrung“)

Um die Funktionstüchtigkeit des Gerätes nachzuweisen, müssen Prüfungen beim Her-steller durchgeführt werden. Die Prüfungen sind unter realistischen bauwerksähnlichenBedingungen durchzuführen und die Ergebnisse müssen dokumentiert werden.

4 Installationsverfahren

4.1 Verbindung zur BewehrungDie Bewehrung muss an mehreren Stellen freigelegt und mit negativen Kabelverbin-dungen versehen werden. Ebenso sind ausreichend Prüfverbindungen für Potential-und andere Kontrollmessungen zu verlegen. Die metallenleitende Durchverbindungzwischen sämtlichen negativen Verbindungen und Messverbindungen muss geprüftwerden und 1 Ω oder weniger betragen [1]. Bei nicht Erfüllung dieser Anforderung sindStähle freizulegen und elektrische Verbindungen zu schaffen. Laut DIN EN 12696 müs-sen Kabelverbindungen zur Bewehrung einen Langzeitwiderstand von weniger als0,01 Ω sicherstellen.


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4.2 AnodeneinbauDie hohe erwartete Lebensdauer des Schutzsystems ist vor allem von der guten Haf-tung zwischen Mörtel und Betonoberfläche sowie der Qualität des Elektrolyten (umge-bender Beton) abhängig. Die Betonoberfläche für den Anodeneinbau muss deshalb freivon verbundmindernden Verunreinigungen sein und dementsprechend vorbereitet wer-den. Werden die Anoden auf Reparaturmörtel angebracht, so müssen die notwendigenNachbehandlungsmaßnahmen für Beton beachtet werden. Erst nach Aushärtung desBetons (ca. 2-4 Wochen) sollte das Anodenmaterial befestigt werden. Um Kurzschlüssezwischen der Bewehrung und den Anoden zu vermeiden, werden diese mittels Kunst-stoffdübel an der Betonoberfläche befestigt.

Bei Verwendung von Titanmatten sollten diese aufgrund der äußerst niedrigen Leitfä-higkeit des Betons die gesamte Oberfläche bedecken. Der Abstand zwischen den ein-zelnen Matten sollte dabei ungefähr 5 cm betragen. Aufzeichnungen verschiedener La-borversuche zeigten, dass die laterale Schutzwirkung der Anoden bei nur ca. 15 cmliegt. Bei Verwendung von streifenförmigen Anoden darf daher der maximale Anoden-abstand 30 cm betragen.

Für die gleichmäßige Einbringung desSchutzstromes auf die Anoden werdenunbeschichtete Titandrähte oder Titan-streifen mittels Punktschweißen alsStromverteiler angebracht. Die Strom-verteiler sollten in einem Abstand vonmaximal 5 m aufgeschweißt werden undca. 10 cm über den Rand der Titanmat-ten ragen, um genügend Platz für denAnschluss zu bieten. Abbildung 8 zeigtdie mittels Kunststoffdübel befestigtenAnodenmatten und aufgeschweißtenStromverteiler [7].

Bild 8: Verlegte MMO Titanmatten

Zuletzt wird eine Deckschicht aus Spritzbeton über das Anodengitter aufgetragen, umeinen dauerhaften Schutz zu bieten und als leitfähiges Milieu zu dienen. Auch hier istwieder die Betonfläche mit Nachbehandlungsmaßnahmen zu pflegen. Außerdem müs-sen Hydratationsvorgänge und der mit dem Altbeton ablaufende Feuchtigkeitsaus-tausch beachtet werden. Die Anlage sollte deshalb erst nach zwei Wochen in Betriebgenommen werden

4.3 Verbindung zum AnodensystemUm ein Versagen der Schutzanlage durch Versagen einer Anoden-Kabelverbindung zuverhindern, müssen die Schutzbereiche mit mehrfachen positiven Kabelverbindungenversehen werden. Werden Anoden in Beschichtungsmaterial dauerhaft eingebettet, sokann die Verbindung ohne Verbindungskästen ausgeführt werden. Bei Anodensyste-


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men ohne Einbettung und ohne eingeschränkten Zugang muss die Stromzuführung auf24 V Gleichstrom begrenzt werden [1].

5 Inbetriebnahme

5.1 Maßnahmen vor der StromeinspeisungVor Inbetriebnahme muss das kathodische Korrosionsschutzsystem durch den sach-kundigen Planer einer vollständigen visuellen Prüfung unterzogen werden. Hierbei wirdder Einbau bzw. die Verlegung aller Bestandteile und Kabel des Schutzsystems über-prüft sowie deutlich gekennzeichnet, um vor Schäden durch Mensch bzw. Natur zuschützen.

Ebenso muss vor der Einspeisung des Schutzstromes das Stahl-Beton-Potential aufge-zeichnet werden (Nullmessung). Dabei wird das Ruhepotential durch die fest installier-ten Bezugselektroden mit einem niedrigen (ca. 10 MΩ) und einem hohen (500 MΩ bis1000 MΩ) Eingangswiderstand gemessen [1]. Dadurch wird überprüft, ob der Kontakt-widerstand der Elektroden zum Beton über dem geforderten Wert liegt. Außerdem wirddie Ruhepotentialmessung durch tragbare Messelektroden nach den Festlegungen imEntwurf durchgeführt. Alle Messdaten sowie zusätzliche Daten des Betriebsüberwa-chungssystems sind zu dokumentieren.

5.2 Anfängliche Stromeinspeisung und EinstellungWie bereits in Kapitel 4.2 beschrieben, sollte die Stromeinspeisung erst nach Beendi-gung der Abbinde- und Aushärtungsprozesse (ca. 2 Wochen) vorgenommen werden,um eine Verfälschung der Messergebnisse zu vermeiden. [1]. Die Polarisation der Be-wehrung ist durch Potentialmessungen der eingebauten Bezugselektroden zu überwa-chen und die Austrittsspannung sowie Austrittsstromstärke ist zu dokumentieren. Au-ßerdem muss beachtet werden, dass sich die Stahl-Beton-Potentiale in kathodische(negative) Richtung verschieben müssen. Ist dies nicht der Fall, so müssen zusätzlicheUntersuchungen und Abhilfemaßnahmen vorgenommen werden.

Die Stromstärke für die anfängliche Polarisation kann eine berechnete Größe oder einErfahrungswert aus vorhergegangenen Projekten bzw. Literaturquellen sein. Vorteilhaftscheint hierbei eine langsame Polarisation bei relativ geringer Stromdichte zu sein, z. B.eine negative Polarisationsverschiebung von 300 mV in 7 bis 28 Tagen.

5.3 Erste FunktionsüberwachungNachdem die anfängliche Polarisation der Stähle erreicht wurde, ist eine erste Funkti-onsüberwachung des kathodischen Korrosionsschutzes durchzuführen. Sie beinhaltetdie Messung der Austrittsspannung und Stromstärke aller Schutzbereiche des Systemszur Bestimmung der Widerstände einzelner Stromkreise. Eine weitere Messgröße, diefür die Einschätzung der Wirkung des Korrosionsschutzsystems benötigt wird, ist dasAusschaltpotential. Dazu wird der Gleichstrom unterbrochen und das Ausschaltpotentialmit den dauerhaft installierten Bezugselektroden innerhalb von 0,1 s und 0,5 s gemes-sen. Messgeräte für die Aufzeichnung des Ausschaltpotentials müssen ausreichend


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schnell Messungen pro Sekunde durchführen können, damit der Beginn der Depolari-sationskurve (ohne IR-Anteil) erkannt wird. Nachdem der Strom unterbrochen wurde,wird außerdem im Anschluss an die Ausschaltpotentialmessung der Potentialabfall in-nerhalb der folgenden 24 h aufgezeichnet. Mit dem Potentialabfall der Bewehrung kön-nen Aussagen über die Funktion des kathodischen Korrosionsschutzes getroffen wer-den.

5.4 SchutzkriterienNach Aufzeichnung und Auswertung der Messdaten werden diese mit Schutzkriterienverglichen, um Aussagen über die Wirksamkeit des kathodischen Korrosionsschutzestreffen zu können. Dabei wird in der Praxis zunächst zwischen zwei Fällen der Formdes kathodischen Schutzes unterschieden, nämlich „kathodische Vorbeugung“ und„kathodische Prävention“. Bei der kathodischen Vorbeugung wird nur eine kleine katho-dische Verschiebung des Stahl-Beton Potentials angestrebt. Dies geschieht meistenssofort nach Inbetriebnahme des Systems und verbessert den Korrosionswiderstand desBauwerkes gegen zukünftiges Eindringen von Chloriden. Abbildung 9 zeigt die Strom-Spannungs-Kurve eines Bewehrungsstahles mit und ohne Einwirkung von Chloriden.Für die kathodische Vorbeugung muss das Potential nur etwas negativer als das Loch-fraßpotential εL (ELoch) verschoben werden [10].

Bild 9: Strom-Spannungs-Kurve eines Bewehrungsstahls

Bei der Form der kathodischen Prävention wird angestrebt, die Korrosionsrate der Be-wehrung von erheblicher auf vernachlässigbare Werte zu verringern. Dies ist vor allembei schon chloridverseuchten Bauwerken der Fall, also bei kathodischem Korrosions-schutz als Instandsetzungsmaßnahme. Um vollständigen Schutz zu erreichen, mussdas Stahl-Beton-Potential auf Werte im Bereich von vorgegebenen Schutzpotentialenreduziert werden. Dabei gilt ein Bereich als ausreichend kathodisch geschützt, wenneine der folgenden Voraussetzungen erfüllt ist [1]:

• Das Ausschaltpotential, gemessen gegen eine Ag/AgCl-Bezugselektrode, liegt ne-gativer als – 720 mV


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Zeit [h]0 4

Abschnitt 2

AUSPotential [mV]

EIN

Abschnitt 1

• Der Potentialabfall nach der Stromunterbrechung über 4 h bzw. 24 h beträgt min-destens 100 mV

Dabei muss beachtet werden, dass das Ausschaltpotential der Bewehrung nicht negati-ver als – 1100 mV gegen Ag/AgCl und für Spannstähle nicht negativer als – 900 mVgegen Ag/AgCl sein darf. Bei negativeren Werten kann sich Wasserstoff am Beweh-rungsstahl bilden. Falls dieser zu den kathodisch geschützten Spanngliedern diffundiert,kann es zur Versprödung des Stahls und katastrophalen Folgeschäden kommen.

Bei Verwendung des Schutzkriteriums hinsichtlich Potentialabfall ist darauf zu achten,die Depolarisationskurve (Abbildung 10) richtig zu interpretieren.

In Abschnitt 1 ist der schnelle Ab-fall (eigentlich Anstieg) des Poten-tials zu erkennen, der sich sofortnach dem Abschalten des Stromsergibt. Dies ist der sogenannteohmsche Spannungsabfall imBeton, der nicht für das „100 mV-Kriterium“ verwendet werden darf.Erst die in Abschnitt 2 dargestellteDepolarisationskurve darf in dasKriterium eingehen.

Bild 10: Ausschaltmessung mit Depolarisationskurve

Bei Ausschaltmessungen mit tragbaren Bezugselektroden ist zu beachten, dass beiMessung auf Reparaturmörtel oder beschädigtem Beton die Messergebnisse stark be-einträchtigt sein können. Außerdem wirken sich Temperatur und Betonfeuchtigkeit aufdie Potentiale aus, was bei der Interpretation berücksichtigt werden muss.

Typische Stromdichten für eine kathodische Vorbeugung sind Werte zwischen0,2 mA/m2 und 2 mA/m2. Für kathodischen Schutz werden Stromdichten von 2 mA/m2

bis 20 mA/m2 benötigt. Stromanpassungen sind nur dann durchzuführen, wenn dieSchutzkriterien nicht eingehalten werden oder wenn zukünftige Unterschreitungen ein-geschätzt werden können.

5.5 DokumentationÜber den Einbau und die Inbetriebnahme des Korrosionsschutzsystems ist eine Doku-mentation mit mindestens folgenden Punkten anzufertigen [1]:

• Beschreibung der Arbeiten aller am Bau Beteiligten und der Verantwortungsbereiche

• Detaillierte Beschreibung des Einbaus und Inbetriebnahme

• Detailzeichnungen

• Messdaten vor und nach der Stromeinspeisung

• Listen und Datenblätter der Hauptbestandteile des Schutzsystems


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Die Dokumentation ist Voraussetzung für zukünftige Inspektionen, Unterhaltungs- oderReparaturmaßnahmen, Beschaffung von Ersatzteilen und die Instandhaltung.

6 Betrieb und Instandhaltung

Für den Betrieb und die Instandhaltung eines kathodischen Korrosionsschutzsystemsmüssen Intervalle und Verfahren für Inspektionen festgelegt werden. Die Intervalle sinddabei abhängig vom Bauwerkstyp, der Dimension des kathodischen Korrosionsschutz-systems, Art und Verlässlichkeit der Stromquelle, der Umgebung und möglicher me-chanischer Einwirkungen und können daher variieren. Dagegen könne Systeme mitelektronischer Datenerfassung bzw. Datenübertragung Inspektionsintervalle verlängern,da die Prüfungen automatisch stattfinden.

Die Inspektionen des Systems unterteilen sich in Funktionsprüfungen und Funktions-überwachungen. Die Funktionsprüfung beinhaltet die Funktionsüberprüfung aller Unter-systeme der KKS-Anlage, Messung der Austrittsspannung und der Stromstärke sowiedie Auswertung der Daten und sollte in einem Intervall von maximal 3 Monaten durch-geführt werden. Die Funktionsüberwachung beinhaltet die Messung des Abschaltpoten-tials und des Potentialabfalls, eine vollständige Sichtprüfung des Korrosionsschutzsys-tems, die Auswertung der Daten sowie eventueller Anpassung des Schutzstromes undsollte alle 3 bis 12 Monate durchgeführt werden [1].

Wie bereits erwähnt sind Potentialmessungen stark von Temperatur und Feuchtigkeitdes Probekörpers abhängig. Inspektionen bei kalten Temperaturen (unter 0° C) sinddaher zu vermeiden.

7 Lebensdauer des Systems

Das kathodische Korrosionsschutzsystem kann eigentlich nur auf zwei Möglichkeitenunterbrochen werden und zwar wenn einerseits eine Störung in der Stromversorgungvorliegt oder wenn die Aktivschicht der Anode nicht mehr arbeitet. Sollte es tatsächlichzu einem Ausfallen der Verkabelung oder der Gleichrichter kommen, so wäre dieseStörstelle relativ einfach aufzuspüren und könnte schnell behoben werden. Die emp-findlichen Teile werden deshalb auch auf Putz montiert, damit sie im Notfall schnellausgetauscht werden können.

Der Ausfall der Aktivschicht erfordert jedoch eine genauere Betrachtung. Wie schonbeschrieben besitzt die Anode eine Oxidbeschichtung, die ihr aufgrund ihrer thermody-namisch nicht stabilen Struktur ihre Aktivität und lange Lebensdauer verleiht. Die Aktiv-schicht kann nur durch zwei Möglichkeiten deaktiviert werden. Bei der ersten Möglich-keit bildet sich eine Zwischenschicht aus nichtleitendem TiO2 zwischen dem Titan undder Aktivschicht. Hierzu ist zu sagen, dass dieser Prozess nur bei sehr hohen Strom-dichten von ca. 10 000 A/m² (bei Elektroden für die Stahlbandverzinkung) eintritt unddeshalb bei der Anwendung im Stahlbetonbau keine Rolle spielt. Auch Angriffe durchSäurebildung, die ebenfalls zur Passivierung durch TiO2-Bildung führen könnten, sindauszuschließen, da die Anode im Zement alkalisch geschützt ist und somit die Säure-bildung verhindert wird.


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Sinnvoll ist es daher nur, den Abtrag der Aktivschicht als lebensdauerbegrenzend anzu-sehen. Um die ungefähre Lebensdauer von Anoden zu berechnen, sind sogenannteSchnelltests notwendig. Bei diesen Tests werden Anoden zum Beispiel in einer Natri-umhydroxidlösung mit einem Schutzstrom betrieben, der um das tausendfache höher istals der normal verwendete Schutzstrom von ca. 20 mA/m². Dadurch lässt sich ein 50jähriger Betrieb einer Anode in wenigen Tagen simulieren. Diese Tests werden von denAnodenherstellern meistens selber durchgeführt, wie es zum Beispiel bei der FirmaHERAEUS der Fall ist. Laut den Versuchsergebnissen der Firma HERAEUS erreichendie von ihnen hergestellten Titanoden eine Lebensdauer von 50 Jahren und mehr beinormaler Stromdichte.


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Literaturverzeichnis

[1] DIN EN 12696, Kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton,

Ausgabe Juni 2000

[2] Prof. Dr.-Ing. Helmut Marquardt, Ortung korrodierender Stahlbewehrung

in Beton, www.fhnon.de/fbab/marquardt

[3] J. Mietz, J. Fischer, B. Isecke, Langzeiterfahrungen mit einem kathodischen

Korrosionsschutzsystem, Materials and Corrosion, Band 52, 2001

[4] W. v. Baeckmann, W. Schwenk, W. Prinz, Handbuch des kathodischen

Korrosionsschutzes, 3. Auflage

[5] Dr. Franz Bruckner, Corrosion and protection of reinforcement in concrete

Measurements and interpretation, May 2001

[6] Dipl.-Ing. Susanne Gieler-Breßmer, Kathodischer Korrosionsschutz in der Praxis

am Beispiel des Parkhauses Mittelseestraße in Offenbach

[7] Dipl.-Ing. K.-H. Korupp, F.-G. Koscielny, Dr.-Ing. J. Mietz, Dipl.-Ing. R. Bedel,

SET Selected Electronic Technologies GmbH, Kastello, Januar/Februar 2000

[8] SSS Korrosionsschutztechnik GmbH & Co. KG, Essen

http://sss-kt.de/start.html

[9] Dr. S. Kotowski, Dr. B. Busse, R. Bedel, Titananode, Eigenschaften des

kathodischen Korrosionsschutzes von Stahl in Beton Teil 2, Titananoden

für den kathodischen Korrosionsschutz von Stahl und Beton,

Heraeus Elektrochemie GmbH, Hanau

[10] BioInterfaceGroup, Werkstoff Grundpraktikum

www.textorgroup.ch/pdf/teachingcourses/onlinescripts/3/Versuch08_Korrosion_SP

2004.pdf

Titelbild: Brücken, http://www.karl-gotsch.de/

kathodischer korrosionsschutz von stahl in beton - kks.de · pdf filekathodischer...

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